Shop-Aktien Lights-Out Lessons Learned

Gegen 15 Uhr An jedem Wochentag beginnen die Mitarbeiter von Custom Tool Shop mit der Einrichtung von Drehzentren, um die Arbeiten abends ohne Licht auszuführen.

Für die Young-Brüder begann die Fertigungsautomatisierung mit dem Hinzufügen eines Stangenladers zu einem vorhandenen CNC-Drehzentrum.

Dies geschah sehr bald, nachdem Gillen und Bob Young 2008 Custom Tool in Cookeville, Tennessee, gekauft hatten Zeit während besetzter Tage, stellte eine deutliche Veränderung der Geschäftskultur im Vergleich zur früheren Führung des Unternehmens dar. Das heißt, die Automatisierung einer manuellen Aufgabe wurde nie in dem Maße in Betracht gezogen, dass sogar Gehaltsabrechnungen vor der Unternehmensakquisition noch von Hand geschrieben wurden.

Heute sind verschiedene Automatisierungsbeispiele implementiert, von denen der Shop in vielfältiger Weise profitiert. Beispielsweise können zwei neue Y-Achsen-Drehzentren mit Stangenvorschub mit Gegenspindeln, angetriebenen Werkzeugen und Teilesammlern so eingerichtet werden, dass sie über Nacht laufen, mit dem Ziel, Teile fertig zu bearbeiten und gleichzeitig so viel Produktionszeit wie möglich aus den verfügbaren 15,5 Stunden herauszuholen, die der Werkstatt zur Verfügung stehen nicht besetzt. Mitarbeiter in der Werkstatt, von denen viele jetzt nicht mehr nur Maschinen be- und entladen müssen, sind besser in der Lage, Möglichkeiten zur Verbesserung der Prozesse zu prüfen und vorzuschlagen. Oft beziehen sich diese hilfreichen Vorschläge auf die Automatisierung vorhandener manueller Aufgaben (z. B. die Integration des Entgratens von Teilen in den Bearbeitungszyklus). Darüber hinaus hat eine neue Inspektionstechnologie einige Messroutinen für mehrere Teile automatisiert, die über Nacht bearbeitet wurden.

Custom Tool hat kürzlich auch die Datenerfassung für seine vor etwa 10 Jahren eingeführte Planungsstrategie „Produktionsprotokoll“ automatisiert. Das Produktionsprotokoll, das zum Rückgrat des Betriebs geworden ist, zeigt, wie effektiv die Maschinen des Geschäfts im Verhältnis zum erwarteten täglichen Produktionsvolumen an einem Tag waren, und zeigt, wie viel „gestohlene Zeit“ das Geschäft einsteckt. (Dies ist der Spitzname der Brüder für die unbesetzten 15,5 Stunden jeden Abend.) Es hilft auch, Jobs zu identifizieren, die für die Über-Nacht-Produktion sinnvoll sind, da die Werkstatt versucht, den Prozentsatz der jährlichen Arbeitszeiten ohne Maschinen auf 50 % oder mehr zu erhöhen Gesamtproduktion. Wie Bob sagt, entspricht diese unbeaufsichtigte Bearbeitungszeit einer zweiten Schicht mit Personal zu viel geringeren Kosten.

Nach dem Stangenlader

Bob Young verwaltet den Standortbetrieb, während Gillen (der auch als Chefarchitekt für IoT-Lösungen für AT&T Consulting arbeitet) in Atlanta, Georgia, ansässig ist (obwohl er das Geschäft so oft besucht, wie es seine Zeit zulässt). Die beiden entschieden sich für den Kauf von Custom Tool, nachdem Bob, der zuvor für einen Werkzeugmaschinenhändler arbeitete, von den ehemaligen Eigentümern angesprochen wurde, die kurz vor dem Ruhestand standen und nach einem Ausstieg suchten.

Dieser Tankeinbau ist der erste Job, den die Werkstatt über Nacht unbeaufsichtigt ausgeführt hat. Es verwendete redundante Werkzeuge für die beiden Gewindeschneidvorgänge, um den Werkzeugverschleiß auszugleichen, und verdoppelte die Anzahl der Teile, die ohne Licht bearbeitet werden konnten. Außerdem hat die Werkstatt seit der Aufnahme dieses Fotos damit begonnen, ein spezielles Werkzeug zum Entgraten während des Zyklus zu verwenden, um einen sekundären, manuellen Entgratungsvorgang zu vermeiden.

Den Brüdern war sofort klar, dass eine Veränderung der Unternehmenskultur unabdingbar war. Die beiden begannen daran zu arbeiten, eine Denkweise der kontinuierlichen Verbesserung zu vermitteln, mit dem Ziel, die Automatisierung so weit wie möglich zu implementieren. Angesichts einer gewissen natürlichen Fluktuation stellten sie einige neue Mitarbeiter ein, viele davon relativ jung und unerfahren, die offener für fortschrittliche Technologien waren und eher dazu neigten, Wege zur Rationalisierung von Prozessen vorzuschlagen.

Nachdem Custom Tool die Vorteile der unbeaufsichtigten Bearbeitung dieses ersten Drehzentrums mit Stangenvorschub erkannt und sich eine Zeit vorgestellt hatte, in der die Lights-out-Bearbeitung Realität werden würde, tätigte Custom Tool 2012 eine größere Investition und fügte eine Y-Achse Okuma LB3000 EX Spaceturn mit Live hinzu Werkzeuge, eine Gegenspindel und ein Stangenlader von Edge Technologies, um die Komplettbearbeitung einiger Teile zu ermöglichen. Der Shop hat 2016 eine weitere solche Maschine und im Januar 2019 eine dritte hinzugefügt.

Allerdings brauchte es Zeit, um die Vorteile der Lights-out-Bearbeitung zu nutzen. Die Werkstatt musste sich mit der neuen Ausrüstung vertraut machen und daran arbeiten, potenzielle Bearbeitungsvorgänge über Nacht zu validieren. Es begann dann damit, Aufträge für immer längere Zeiträume bis in den Abend hinein auszuführen, bis das Geschäft voll und ganz davon überzeugt war, dass sie die Nacht erfolgreich durchlaufen konnten. Bei der Einrichtung zuverlässiger unbeaufsichtigter Prozesse wurden mehrere Elemente berücksichtigt, und das Geschäft hat dabei eine Reihe von Lektionen gelernt. Einige davon beziehen sich auf:

• Kühlsystem. Unerwarteter Kühlmitteldruckabfall oder unterbrochene Kühlmittelzufuhr können zu Werkzeugbruch führen. Maschinen, die über Nacht laufen, erfordern mehr Wartung als solche, die nur eine Schicht laufen. Wenn also ein Druckerhöhungspumpenfilter normalerweise alle paar Tage für eine Maschine überprüft wird, die eine Schicht läuft, muss dieser Filter jetzt jeden Tag überprüft werden. Darüber hinaus verfügt das zweite Y-Achsen-Drehzentrum von Custom Tool über eine Steuerung, die ein Signal zum Stoppen der Maschine sendet, wenn sie ein Problem mit dem Kühlmittelsystem feststellt.
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  Bei der Entwicklung eines Lights-out-Bearbeitungsprozesses ist es wichtig, das Spanmanagement zu berücksichtigen, wie Bob Young der leitenden Redakteurin Lori Beckman erklärt. Diese Einheit verfügt über Förderzähne, die es ihr ermöglichen, lange, fadenförmige Aluminiumspäne besser zu handhaben, wenn das Drehzentrum über Nacht unbeaufsichtigt läuft.

  Späneförderer. Nicht alle Späneförderer sind gleich. Das erste Y-Achsen-Drehzentrum von Custom Tool hat eine konventionelle Einheit, aber die zweite verfügt über eine Hennig-Einheit mit Zähnen auf dem Förderband. Die Young-Brüder sagen, dass dieser Förderer lange, faserige Späne, die üblicherweise bei der Bearbeitung von Aluminium entstehen, effektiver entfernt, sodass sie Aluminiumarbeiten eher über Nacht auf dieser Maschine ausführen als auf der anderen. Dies eliminiert „Vogelnester“ von Spänen, die das Teilesammelsystem stören können.
• Teilesammlung. Anfangs diente der Spänebunker auch als Teilesammler. Nun verfügt jedes Drehzentrum über einen integrierten Teilesammler. Die Größe der Kollektoren muss in der Lage sein, das Produktionsvolumen über Nacht aufzunehmen. Ist die Kapazität zu gering, ist die Anzahl der großen Teile, die über Nacht produziert werden können, begrenzt. Außerdem tritt bei jedem gesammelten Teil Kühlmittel aus, sodass eine Möglichkeit zum Ablassen des Kühlmittels aus dem Teilesammler und zurück in den Sumpf der Maschine erforderlich ist.
• Stangenlader. Wenn die Teile für einen Auftrag umfangreich sind, kann die Kapazität eines Stangenladers die Anzahl der Teile einschränken, die über Nacht bearbeitet werden können. Andererseits ist es bei sehr kurzen Zykluszeiten möglich, dass das gesamte geladene Stangenmaterial verbraucht wird, was bedeutet, dass jemand in die Werkstatt kommen müsste, um das Material aufzufüllen, damit die Teileproduktion über Nacht nicht reduziert wird.
• Redundante Werkzeuge. Ein Kraftstoffanschlussteil mit zwei gezeigten Gewindetypen war der erste Job, den Custom Tool mit redundanten Werkzeugen für die Ausführung über Nacht einrichtete. Wenn dieser Job mit einem bereitstehenden Bediener ausgeführt wurde, konnte dieser Bediener erkennen, wann eine Versatzänderung aufgrund von Werkzeugverschleiß erforderlich sein könnte. Die Werkstatt stellte jedoch fest, dass sie diesen Job zunächst nur vier Stunden ohne Unterbrechung ausführen konnte, da zu diesem Zeitpunkt Offset-Anpassungen für die beiden Gewindewerkzeuge erforderlich waren. Als die Werkstatt dies erkannte, begann sie, redundante Gewindewerkzeuge zu verwenden, und forderte einen Werkzeugwechsel bei einer bestimmten Teileanzahl, kurz bevor der Werkzeugverschleiß zum Problem wurde. Obwohl die Werkstatt nicht die gesamte potenzielle Lebensdauer aus ihren Gewindeschneideinsätzen herausholt, rechtfertigt dies die zusätzliche Zeit, die die Maschine unbeaufsichtigt laufen kann.
• Lastüberwachung. Mit der Fähigkeit zur Überwachung der Spindellast bedeutet dies, dass ein Werkzeug gebrochen ist, wenn die Last auf Null geht. Teileprogramme werden so geschrieben, dass die Maschine an diesem Punkt stoppt, anstatt den Job weiter auszuführen und zu riskieren, nachfolgende Werkzeuge zu beschädigen.
• Messkapazität. Es ist schön, wenn Hunderte von Teilen über Nacht bearbeitet werden können, aber diese unbeaufsichtigte Produktion hat die tägliche Arbeit einiger Mitarbeiter in der Werkstatt von Custom Tool verändert. Für die Teiletrennung, Inspektion, Maschinenbewertung und Einrichtung für den nächsten Auftrag muss Zeit eingeplant werden. Tatsächlich wurde die Teileinspektion zu einem Engpass, als das Geschäft erstmals eine Lights-out-Produktion einführte. Um Inspektionsroutinen zu beschleunigen, fügte Custom Tool ein Bildmaßmesssystem der Keyence IM-Serie hinzu, das zahlreiche externe Teilemerkmale an einem oder mehreren Teilen, die auf dem Gerät eingerichtet sind, automatisch messen und aufzeichnen kann.

Automatisierung der Produktionsprotokollierung

Das Produktionsprotokoll, das Bob 2011 eingeführt hat, zeigt, wie produktiv die neun CNC-Maschinen und eine Roboterschweißzelle der Werkstatt jeden Tag sind, indem die täglich geplante Arbeit für jede mit der tatsächlich erreichten Produktion verglichen wird. Es zeigt auch, wie effektiv das Geschäft die verfügbaren Nachtstunden nutzt.

Das automatisierte Datenerfassungssystem sammelt Produktionsinformationen von Maschinen alle 20 Minuten. Es ruft auch Auftragsdaten aus der ERP-Software des Geschäfts ab. Anschließend können Berichte erstellt werden, um Produktionsprotokollinformationen grafisch darzustellen. Bildnachweis:Benutzerdefiniertes Tool

Bis vor kurzem wurden all diese Daten manuell erfasst. Die Mitarbeiter erfassen stündlich Teilproduktionsnummern für jede Maschine und geben diese Werte sowie Maschinenstatuscodes in das Produktionsprotokoll-Arbeitsblatt ein. Die Werkstatt ist bestrebt, die Werte der Codes 10 und 15 zu maximieren, die die Produktionszeit während der einzelnen Tagesschicht der Werkstatt bzw. die unbeaufsichtigte Produktionszeit über Nacht darstellen. Der Vergleich dieser Werte mit der erwarteten Tagesproduktion zeigt die tatsächliche Maschinenauslastung, sagt Bob. Andere Codes, z. B. für Einrichtung, Nacharbeit und Wartezeit auf Material, Werkzeuge oder Bedienereingriff, geben zusätzlich zur tatsächlichen Bearbeitungszeit Aufschluss darüber, wie lange es dauert, bis ein Auftrag abgeschlossen ist.

Gemeinsame Variablen wurden eingerichtet, um den Status jedes Jobs zu verfolgen. Die Teilezählung wird vom G-Code gehandhabt und erhöht sich jedes Mal um eins, wenn ein Teilezyklus abgeschlossen ist. Andere Variablen erfordern Bedienereingaben. Dazu gehören das Laufziel (die Maschine pausiert, wenn die Teileanzahl diesen Wert erreicht), die Auftragsnummer (diese ist auf dem Job Traveller aufgeführt) und der Produktionsprotokollcode (dies zeigt an, wenn sich der Produktionsstatus geändert hat).

Das Produktionsprotokoll hilft bei der Identifizierung von Prozessen, die sich für einen Lights-out-Betrieb eignen. Wenn eine Maschine, die für den Nachtbetrieb eingerichtet ist, nicht annähernd die verfügbaren 15,5 Stunden erreicht, kann es sein, dass dieser Job nicht gut für den Nachtbetrieb geeignet ist. Oder wenn eine Maschine die ganze Nacht und eine andere die halbe Nacht läuft, ist es vielleicht sinnvoll, den Job, der nur die halbe Nacht lief, auf eine andere Maschine zu verschieben und ihn durch Arbeit von der anderen, länger laufenden Maschine zu ersetzen, um eine höhere Auslastung zu erreichen. Das Produktionsprotokoll dient auch als eine Art Tagebuch, da es verwendet wird, um Probleme wie Werkzeugbruch oder Stangenladerstörungen zu dokumentieren, die dazu führten, dass Maschinen die angestrebten Produktionswerte verfehlten.

Die Werkstatt arbeitet weiter an dem Szenario, in dem niemand jede Stunde Maschinen besuchen muss, um Daten für das Produktionsprotokoll zu sammeln und einzugeben. Dies ist einem automatisierten Datenerfassungs- und Berichtssystem zu verdanken, das Gillen entwickelt und das eine webbasierte Plattform des industriellen Internets der Dinge (IIoT) verwendet, um Daten von Maschinen abzurufen, die über Agenten für das Open-Source-Kommunikationsprotokoll MTConnect sowie die des Unternehmens verfügen Enterprise Resource Planning (ERP)-Software von Jobboss. Die Plattform ist Devicewise for Factory von Telit, einem Unternehmen, das IIoT-Module, Software und Konnektivitätsdienste sowie Software anbietet.

Leichte Bearbeitung bedeutet, dass viele Teile auf das Werkstattpersonal warten, wenn es morgens ankommt. Für Custom Tool entstand dadurch ein Inspektionsengpass, der die Werkstatt dazu veranlasste, ein Bildmaßmessgerät hinzuzufügen, um die Teilemessung für das Qualitätskontrollpersonal zu beschleunigen.

Laut Gillen liegen die Vorteile dieses Systems darin, dass es mit einer Vielzahl von Steuerungen verbunden werden kann und keine kundenspezifische Programmierung für die Datenerfassung erforderlich ist. Es ist so konfiguriert, dass alle Daten, die zuvor manuell von der Maschine erfasst wurden (Teileanzahl, Maschinencode und mehr) sowie ERP-Daten (Auftragsnummer, Auftragsbeschreibung, Bestelldatum, Bestellmenge, Lieferdatum und mehr) automatisch abgerufen und gespeichert werden es in der Wolke. Die Daten sind über ein Web-Dashboard zugänglich. Berichte können dann erstellt werden, um grafisch darzustellen, was zuvor in der Produktionsprotokolltabelle verfügbar war.

Seit Anfang Juni 2018 sammelt das System alle 20 Minuten Daten, ohne dass einer laufenden Maschine ein Eintrag entgeht. Laut Gillen gibt es viele gute Maschinenüberwachungsprodukte. Sein technischer Hintergrund bot jedoch die Gelegenheit, eine interne Lösung zu erkunden, die die Geschäftsinformationen anspricht, an denen das Geschäft am meisten interessiert ist. Er ist außerdem der Meinung, dass diese Datenerfassungsfunktion auch zu noch fortschrittlicheren Analysen führen könnte, wie z. B. die Zuordnung der Schnittzeit zu bestimmten Arten von Schneidwerkzeugen oder Einsätzen.