Die Hersteller setzen auf IIoT, um auf die Produktion mit kleineren Auflagen umzusteigen

American Punch Co. (Euclid, Ohio), ein Anbieter von Stempeln und Matrizen sowohl für Märkte für schwere Stanzteile wie das Baugewerbe als auch für kleinere Märkte wie die Automobilindustrie, muss mit seinem Kundenstamm Schritt halten. Dies bedeutete den Wechsel von der Großserienproduktion zur effektiven Bearbeitung kleinerer Serien mit kürzeren Durchlaufzeiten, um Just-in-Time-Lieferaufträge zu erfüllen, die durch die Implementierung von Lean-Strategien durch seine Kunden gefordert werden hat seine eigenen Herausforderungen geschaffen, einschließlich der Suche nach Wegen, die Kosten trotz des Potenzials für eine stärkere Beteiligung der Arbeitskräfte niedrig zu halten.

Angesichts dieser Probleme begann Produktionsingenieur Brian Cain 2012 mit der Neubewertung der Fertigungsprozesse des Unternehmens. Ein Besuch der International Manufacturing Technology Show (IMTS) in jenem Jahr brachte Herrn Cain in Kontakt mit LNS, dessen e-Connect-System American Punch einführte zum Industrial Internet of Things (IIoT) sowie eine Möglichkeit, Programmwechsel zwischen Stangenlader und Drehmaschine zu automatisieren.

Suche nach einer Möglichkeit, auf kürzere Produktionsläufe umzusteigen

Während die hochpräzisen Stempel und Matrizen von American Punch von seinen Kunden gut angenommen wurden, war sein Herstellungsprozess auf Standardproduktionspraktiken ausgerichtet, die Hunderte von einem einzelnen Teil produzieren, und nicht die kleineren Lose von fünf, 10 oder 20 Stück, die zunehmend von Kunden gefordert werden .

„Kleine Auflagen wie diese erfordern mehrere Einstellungen und erhöhte Aufmerksamkeit des Maschinenbedieners, was natürlich Zeit und Arbeitskosten für die Teile erhöht“, sagt Herr Cain. „Eine Alternative besteht darin, größere Auflagen zu machen und die fertigen Produkte zu lagern, bis der Kunde sie will. Obwohl wir eine Reihe von Teilen mit hohem Umsatz für bestimmte Kunden auf Lager haben, bindet das Hinzufügen vieler dieser Teile mit geringerer Stückzahl zusätzliches Betriebskapital, erfordert mehr Bodenfläche und erhöht unsere unfertigen Erzeugnisse. Also begann ich nach Wegen zu suchen, um diese kleinvolumigen Läufe effizienter zu gestalten. Wir verwendeten bereits einen automatischen Stangenlader, um Material in unsere CNC-Maschinen zu laden, was für die Massenproduktion gut funktionierte, aber nicht für die von unseren Kunden gewünschten kleineren Auflagen. Jeder Wechsel auf ein neues Teil bedeutete den Aufruf eines anderen Programms sowohl an der Drehmaschine als auch am Stangenlader.“

Begegnung mit einer Lösung auf der IMTS

Herr Cain hatte entschieden, dass die ideale Lösung darin bestehen würde, eine Familie ähnlicher Teile mit unterschiedlichen Längen und Eigenschaften zusammenzustellen und sie dann alle gleichzeitig mit einem Setup zu betreiben. Allerdings konnte niemand, mit dem er auf der Messe sprach, eine gute Möglichkeit finden, mehrere Teile aus Stangenmaterial in einer einzigen Einrichtung zu verarbeiten.

Dann besuchte er den Stand von LNS America Inc. und besprach seine Bedürfnisse mit Systemsoftware- und Steuerungsmanager Randy Lewis. Sie sprachen über das Ethernet-Kommunikationssystem e-Connect, das es dem Stangenlader und der CNC-Maschinensteuerung ermöglicht, Daten auszutauschen.

Wenn e-Connect und die CNC der Werkzeugmaschine miteinander „sprechen“, kann erstere nach Abschluss eines Teilelaufs den Produktionsplan einsehen, um das nächste zu produzierende Teil auszuwählen, und diese Daten dann an den Stangenlader weitergeben . Der Stangenlader konsultiert seine interne Teilebibliothek, in der alle Stangenladerparameter für bis zu 500 Teileprogramme gespeichert sind, wählt das Programm aus, das dem vom Hauptplan gewählten entspricht, und stellt sich dann automatisch auf das neue Programm ein.

Das war genau die Lösung, nach der Herr Cain gesucht hat. „Ich habe erfahren, dass wir bei dieser Art des Datenaustauschs, der sich jetzt immer weiter verbreitet, am Anfang standen“, sagt er. Zu diesem Zeitpunkt waren die Maschinen von Herrn Cain noch nicht für den Datenaustausch bereit, daher arbeitete LNS mit dem Werkzeugmaschinenlieferanten von American Punch und dem Erstausrüster zusammen, um sie auf den neuesten Stand zu bringen.

Werkzeugmaschinen-Konnektivität zum Laufen bringen

In dieser Anwendung befand sich das e-Connect-System im LNS Quick Load Servo 80 S2:ein vollelektrischer, servogesteuerter, vollautomatischer Stangenlader mit Spindellänge, der 14- bis 63-Zoll-Stangen mit Durchmessern von ¼ lädt bis 3 ¹ /₈ Zoll. Der Bediener der American Punch-Maschine belud den Stangenlader mit 1 ½-Zoll-Werkzeugstahlstangen und führte ein Makroprogramm aus, das es der Drehmaschinensteuerung und dem Stangenlader ermöglicht, im laufenden Betrieb von einer Teilefamilie zu einer anderen zu wechseln.

Ein typischer Aufbau würde das Laden von Stangenmaterial mit geeignetem Durchmesser umfassen, um verschiedene Mengen von Teilen mit unterschiedlichen Längen herzustellen. Beispielsweise würde es Stangen mit einem Durchmesser von 1 ½ Zoll verwenden, um 50 Teile mit einer Länge von 2.500 Zoll, 10 Teile mit einer Länge von 3.025 Zoll, 75 Teile mit einer Länge von 3.500 Zoll und so weiter herzustellen. Die Teile können auch in der Form variieren. Diese Einrichtung ermöglichte eine unbeaufsichtigte, sogar unbeaufsichtigte Produktion bei kurzen Teileläufen.

Heute produziert American Punch mit vier Arbeitszellen, die das LNS e-Connect-System und Stangenlademagazine verwenden, jeden Monat mehr als 300.000 Teile und ist dabei, zusätzliche Kapazitäten hinzuzufügen, um den Kundenanforderungen gerecht zu werden. Die neueste Arbeitszelle besteht aus einem Stangenlader LNS Quick Load Servo 80 S2, der Stangenmaterial in ein Drehzentrum Doosan Puma 2100SY lädt, das Fräsen, Bohren und Gewindeschneiden kann. Zusätzlich zur Schnittstelle mit dem LNS-Stangenlader kommuniziert die CNC der Maschine auch mit einem programmierbaren Hochdrucksystem, um die genaue Kühlmittelmenge für jeden Bearbeitungsvorgang aufzubringen.

Ein weiterer Vorteil des e-Connect-Systems ist der reduzierte Materialabfall. Neben der Speicherung der Stangenladerparameter für jedes der Teileprogramme verfolgt e-Connect den Materialverbrauch und übermittelt diese Informationen an die Werkzeugmaschine. Der Hauptplan betrachtet die Menge an verfügbarem Material und die Längen der Teile in der Produktionswarteschlange, um festzustellen, ob genügend Material vorhanden ist, um die erforderliche Menge eines bestimmten Teils zu verarbeiten. Reicht das Material für den gesamten Durchlauf nicht aus, ermittelt das System die Restlänge, ruft das nächste Teil im Plan auf, das zum Restbestand passt, und Drehmaschine und Stangenlademagazin stellen sich automatisch auf die Fertigung des neuen Teils ein. Sobald die Stange verbraucht ist, lädt der Stangenlader die nächste Stange und das System wiederholt den Vorgang, bis alle geplanten Teile fertig sind.

„Diese Arbeitszellen haben unsere Kosten pro Teil durch den unbeaufsichtigten Betrieb und durch das Hinzufügen einer arbeitsfreien Nachtschicht erheblich verbessert“, sagt Herr Cain und fügt hinzu:„Wir haben nicht nur das Problem der Lieferzeit gelöst, sondern auch wir haben unsere Kapazitäten erweitert, um zusätzliche Aufgaben übernehmen zu können.“