Automatisierung bei Aztalan Engineering

Die Automatisierung von Werkzeugmaschinen ist keine neue Idee bei Aztalan Engineering in Lake Mills, Wisconsin. Stattdessen ist für diesen Auftragsfertiger der Einsatz von Automatisierung zum Be- und Entladen von Teilen eine etablierte Praxis. In den 1990er Jahren übernahm das Unternehmen die Produktion einer Reihe von Komponenten aus einem anderen Geschäft und kaufte und installierte die beiden roboterbeladenen CNC-Drehmaschinen, die dieses vorherige Geschäft verwendet hatte. Die Zelle liefert bis heute eine hohe Produktivität.

Die Erfahrung mit diesen Robotern bedeutete jedoch nicht, dass die dritte Drehmaschine, die zu dieser Zelle hinzugefügt wurde, einen eigenen Roboter bekommen würde. Als die steigende Nachfrage nach diesen Komponenten einen neuen Prozess mit einer zusätzlichen Drehmaschine rechtfertigte, beobachtete Aztalan genau, ob die manuelle Beschickung dieser zusätzlichen Drehmaschine ausreichte, um Schritt zu halten. Es war für eine Weile. Als jedoch eine weiter steigende Nachfrage prognostiziert wurde, wurde klar, dass für die neueste Maschine ein neuer Roboter benötigt wurde. Daher wurde diese Drehmaschine Okuma LB 2000 nun um einen FANUC M10iA Roboter ergänzt. Somit umfasst diese Zelle bei Aztalan jetzt sowohl Roboter als auch Drehmaschinen, die fast 20 Jahre alt sind. Die Zelle ist eines von vielen Beispielen für die Automatisierung von Werkzeugmaschinen in diesem Unternehmen. Inwieweit Aztalan Automatisierung einsetzt, ist aus verschiedenen Gründen aufschlussreich. Erstens veranschaulicht es die Vielfalt der Automatisierungsoptionen, die in einer Auftragsbearbeitungsumgebung sinnvoll sein können. Aber zweitens, und vielleicht noch wichtiger, liefert die Erfahrung von Aztalan eine Illustration dafür, warum man sich nicht von der Herausforderung der Automatisierung beeinflussen lassen sollte. Aztalan stellt sich dieser Herausforderung selbst. Das Unternehmen entwickelt sich schnell weiter, und die Kapazitätssteigerung durch Automatisierung ist oft der beste Weg, um die Produktionsanforderungen zu erfüllen. Aber trotzdem, sagt Kirk Kussman, Vertriebs- und Marketingdirektor des Unternehmens, stehen Automatisierungstechnologien tendenziell vor zusätzlichen Hürden, wenn es darum geht, sich durchzusetzen. Wie er es ausdrückt:„Es ist immer schwierig, eine Maschine zu kaufen, die nicht direkt einen Chip herstellt.“ Ergänzt wird diese Herausforderung durch die Bandbreite an Automatisierungsmöglichkeiten. Der Erfolg mit einem Automatisierungstyp offenbart nicht den Wert anderer Ansätze. Der Erfolg mit den roboterbeladenen Drehmaschinen reichte beispielsweise nicht aus, um dem Unternehmen den besten Weg zur Automatisierung eines bestimmten Mehrfachbearbeitungsprozesses aufzuzeigen. Hier war die beste Lösung kein Roboter, sondern ein flexibles Palettensystem von Fastems in Verbindung mit einem horizontalen Bearbeitungszentrum. Anstatt von sich aus auf diese Lösung zu kommen, sagte Herr Kussman, dass Aztalan sie angenommen hatte, nachdem sein Werkzeugmaschinenlieferant Morris Midwest argumentiert hatte, dass es auch eine kostengünstige Möglichkeit gibt, die Produktion dieser Teilenummer zu automatisieren. Bewusstsein aufbauen Ein Grund, warum Aztalan heute so schnell voranschreitet, ist die bewusste Entscheidung des Unternehmens, dies zu tun. Vor etwa 4 Jahren startete das Unternehmen Vertriebs- und Marketingmaßnahmen, um sein Geschäftsvolumen zu steigern. Das Unternehmen hatte damals wenig Markenbekanntheit, ist aber heute weithin anerkannt, insbesondere von Herstellern von Medizintechnik – dem Sektor, der den größten Anteil am Geschäft des Shops ausmacht. In diesem Bereich, sagt Herr Kussman, bekommt Aztalan heute routinemäßig Angebote für größere Ausschreibungen. Dem Unternehmen ist es auch gelungen, das Vertrauen von Konstruktionsbüros zu gewinnen, ein Vorteil, der es dem Unternehmen ermöglicht, an der Entwicklung neuer Produkte durch Beratung zu deren Herstellbarkeit beteiligt zu sein. All dies hat zu einer erhöhten Aktivität geführt. Das Unternehmen hat teilweise mit einer Erweiterung reagiert, wobei Firmenchef Jim Brey selbst die Erweiterungsanlage entwarf, die die Produktionsfläche bei ihrer Eröffnung vor zwei Jahren mehr als verdoppelte. Das Unternehmen hat auch das Personal aufgestockt und Automatisierung eingesetzt, um den Wert zu steigern, den die Mitarbeiter liefern können. Eine Gantry-beladene LFS-Doppelspindel-Drehmaschine von Okuma ist ein weiteres Beispiel für Automatisierung, die in der Umgebung dieses Unternehmens gut funktioniert. Aztalan ist zwar ein Contract Shop (was bedeutet, dass ein Großteil seiner Arbeit aus langfristigen Vereinbarungen stammt), muss aber dennoch so reaktionsschnell sein wie ein Job Shop, um die oft schwankenden Teilemengen und Lieferanforderungen der Kunden zu erfüllen. Die LFS-Maschine, die über zwei Drehspindeln verfügt, die beide nach vorne zeigen, hat sich für die Massenbearbeitung eines Automobilteils als wertvoll erwiesen. Das Überkopfportal lädt und entlädt das Teil nicht nur, sondern führt es auch zwischen den Spindeln für die Bearbeitung von Seite A und Seite B durch, sodass jederzeit mehrere Teile in Bearbeitung bleiben. In jüngerer Zeit hat die Werkstatt dieser Maschine eine zweite Teilenummer zugewiesen und bereitet Spannbacken und Greifer für eine Familie von vier Teilen vor, die ihr ebenfalls zugeordnet werden sollen. Während die Gantry-beladene Doppelspindel-Drehmaschine eine effiziente Ressource für hohe Produktivität ist, ist sie dennoch eine CNC-Maschine mit der damit verbundenen Flexibilität, die bei Bedarf einen schnellen Wechsel zwischen verschiedenen Teilenummern ermöglicht. Die Zeit füllen Ähnliches gilt für das horizontale Bearbeitungszentrum, ebenfalls von Okuma, das mit dem Palettensystem von Fastems bedient wird. Von den zehn Paletten mit diesem System sind fünf so eingerichtet, dass sie ein bestimmtes Teil transportieren – einen aus massivem Aluminium gefertigten Verteiler. Auf jeder dieser fünf Paletten hält der Spannturm acht Aluminiumwerkstücke, vier Blöcke für die Bearbeitung der Seite A und vier teilbearbeitete Teile für die Bearbeitung der Seite B. Die restlichen Paletten stehen für Produktionsläufe anderer Teile während der Produktionspausen dieser Verteiler zur Verfügung, die mit einer Rate von etwa 15.000 pro Jahr geliefert werden. Aztalan könnte dieses Teil mit einem unabhängigen HMC effizient produzieren. Selbst bei acht Teilen pro Spannturm könnte das manuelle Laden eines Satzes von Teilen auf eine Palette in der HMC, während der aktuelle Satz auf der anderen Palette läuft, die Rüstzeit erheblich reduzieren. Der nächste Schritt über die HMC-Produktion hinaus ist jedoch so etwas wie das Fastems-System. Was diese Automatisierung zu dem bereits effizienten HMC hinzufügt, ist die ansonsten verlorene Zeit, wenn keine Mitarbeiter anwesend sind. Anscheinend ist das nicht viel Zeit. Mit zwei 10-Stunden-Schichten erfasst Aztalan 20 Stunden eines jeden Arbeitstages. Und doch erhöht die Lights-Out-Bearbeitung mit dem Palettensystem die Kapazität dieser HMC dramatisch. An einem Wochentag hält das Palettensystem die Maschine die restlichen 4 Stunden am Laufen. Am Wochenende erlaubt es zusätzlich 6 Stunden Produktion. Diese zusätzlichen 26 Bearbeitungsstunden erhöhen die Leistung der HMC um mehr als 20 Prozent. Selbst wenn Personal anwesend ist, läuft die mit einem Palettensystem ausgestattete Maschine im Wesentlichen unbeaufsichtigt. Normalerweise hat der Bediener bis zu 6 Stunden Zeit, um wegzugehen und sich um andere Maschinen zu kümmern, bevor er zurückkehrt, um fertige Teile zu entladen und neue zu laden. Schritt halten Diese roboterbeladenen Drehbänke – die Maschinen, mit denen Aztalans Einsatz der Automatisierung begann – stellen Komponenten für ein Arzneimittelverabreichungssystem her. Die Automatisierung in dieser Zelle, zu der jetzt auch der Roboter gehört, der der neuesten Drehmaschine hinzugefügt wurde, entlastet den Zellenbediener von der wichtigen Aufgabe, fertige Teile zu inspizieren. Die Maßtoleranzen der in dieser Zelle bearbeiteten Gegenstücke sind anspruchsvoll, mit Merkmalen, die sogar eine Gesamtkonvexität oder -konkavität (je nach Teil) von 5 Mikron umfassen. Aztalan hat in Messtechnik investiert, damit die für diese Teile erforderliche Inspektion mit der automatisierten Bearbeitung Schritt halten kann. Ein Tropel-Formmesssystem von Corning nutzt Lasermesstechnik zur Abbildung fertiger Teile. Das Gerät repräsentiert ein Niveau der Inspektionstechnologie, das in einer Auftragsbearbeitungsumgebung selten zu finden ist. Und dies deutet auf die nächste Stufe der Herausforderung hin, die die Automatisierung normalerweise mit sich bringt. Automatisierte Produktionssysteme sind oft so produktiv, dass die Aufrechterhaltung des Arbeitsflusses reaktionsschnelle Systeme sowohl vor als auch nach der Bearbeitung erfordert. Effizientes Messen erfüllt die Geschwindigkeitsanforderung nach der Bearbeitung. Unterdessen sagt Herr Kussman, dass die Investition in die Exact JobBoss-Software – nicht nur der Kauf, sondern auch die Zeit, um ihre vollen Fähigkeiten zu nutzen – unerlässlich war, um die Arbeit vor der Bearbeitung zu organisieren und effizienter für die Produktion einzurichten. Den Prozess vor der Bearbeitung noch reaktionsschneller zu machen, ist jetzt die größte Herausforderung der Werkstatt, sagt er. Das Unternehmen sucht nach Möglichkeiten, seine CNC-Programmierkapazität zu erweitern, um mit dem immer schneller werdenden Arbeitsablauf Schritt zu halten. Die Werkstattprogrammierung wird Teil der Lösung sein, sagt er. Es gibt Talente in der Fertigung, und nicht jeder Job muss im Engineering programmiert werden. Darüber hinaus wird das Unternehmen lernen, sich mehr auf die Automatisierung innerhalb der CAM-Software zu verlassen, um routinemäßige Werkzeugwege automatisch zu generieren – aber das ist nicht einfach, sagt er. Verständlicherweise möchten Programmierer sicherstellen, dass jedes kritische Merkmal eines hochwertigen Teils korrekt programmiert ist. Daher ziehen sie es vor, jeden Programmierschritt direkt zu überwachen. Es ist also eine Sache, bei einem Bearbeitungsprozess das Licht auszuschalten, denn es ist möglich, den Roboter und die Werkzeugmaschine in Aktion zu sehen, bevor das Licht ausgeht. Aber das Licht in der Programmierung auszuschalten, ist eine andere Sache, denn die Software bietet keine vergleichbare Möglichkeit, ins Innere zu blicken. Daher wird die Einführung der CAM-Automatisierung ein noch größeres Vertrauen mit sich bringen als die automatisierte Werkstückbeladung. Es stellt sich heraus, dass die Werkzeugmaschine einer der am einfachsten zu automatisierenden Teile des Prozesses ist.