Wie ein Stempel- & Matrizen-Hersteller IIoT für kürzere Lose & Just-in-Time nutzt

American Punch Co. (Euclid, Ohio), ein Stempel- und Matrizenlieferant für sowohl Schwerlast-Stanzmärkte wie Bauwesen als auch Feinblech-Märkte wie Automobil, muss mit seiner Kundenbasis Schritt halten. Dies bedeutete den Wechsel von Großserienfertigung zu effektiver Bearbeitung kleinerer Lose mit kürzeren Durchlaufzeiten, um Just-in-Time-Lieferaufträge zu erfüllen, die von der Implementierung von Lean-Strategien der Kunden gefordert werden. Wie zu erwarten, hat die Anpassung an diese Anforderungen eigene Herausforderungen geschaffen, einschließlich der Suche nach Wegen, Kosten niedrig zu halten, obwohl erhöhtes Arbeitsaufkommen potenziell droht.

Suche nach Weg zu kürzeren Produktionslosen

Während American Punchs hochpräzise Stempel und Matrizen von Kunden gut aufgenommen wurden, war der Fertigungsprozess auf Standardproduktionspraktiken ausgelegt, die Hunderte eines einzelnen Teils produzieren, statt der zunehmend nachgefragten kleineren Lose von 5, 10 oder 20 Stück.

„Kurze Lose wie diese erfordern mehrere Setups und erhöhte Aufmerksamkeit vom Maschinenbediener, was natürlich Zeit und Arbeitskosten zu den Teilen addiert“, sagt Herr Cain. „Eine Alternative ist, längere Lose zu fahren und die Fertigteile zu lagern, bis der Kunde sie will. Obwohl wir eine Reihe von High-Turnover-Teilen für bestimmte Kunden lagern, bindet das Hinzufügen vieler dieser Low-Volume-Teile zusätzliches Working Capital, erfordert mehr Stellfläche und erhöht unser Work-in-Process. Also begann ich, Wege zu suchen, diese Kleinvolumen-Lose effizienter zu machen. Wir nutzten bereits einen automatischen Stangenlader, um Material in unsere CNC-Maschinen zu laden, was für Großserien gut funktionierte, aber nicht für die kürzeren Lose, die unsere Kunden wollten. Jedes Mal, wenn wir zu einem neuen Teil wechselten, bedeutete das, ein anderes Programm sowohl an der Drehmaschine als auch am Stangenlader aufzurufen.“

Lösung bei IMTS gefunden: LNS e-Connect

Herr Cain hatte entschieden, dass die ideale Lösung darin bestünde, eine Familie ähnlicher Teile mit verschiedenen Längen und Eigenschaften zusammenzufassen und sie alle gleichzeitig mit einem Setup zu fahren. Niemand auf der Messe konnte jedoch einen guten Weg finden, mehrere Teile aus Stangenmaterial in einem einzigen Setup zu fahren.

Dann besuchte er den Stand von LNS America Inc. und diskutierte seine Bedürfnisse mit Systems Software und Control Manager Randy Lewis. Sie besprachen das e-Connect Ethernet-Kommunikationssystem, das es dem Stangenlader und der CNC-Maschinensteuerung ermöglicht, Daten zu teilen.

Wenn e-Connect und die Werkzeugmaschinen-CNC „miteinander sprechen“, kann der Erstere bei Abschluss eines Teilloses den Produktionsplan prüfen, um das nächste zu produzierende Teil auszuwählen, dann diese Daten an den Stangenlader übergeben. Der Stangenlader konsultiert seine interne Teilebibliothek, die alle Stangenlader-Parameter für bis zu 500 Teileprogramme speichert, wählt das Programm, das zum vom Hauptplan gewählten passt, und stellt sich automatisch auf das neue Programm ein.

Das war genau die Lösung, nach der Herr Cain suchte. „Ich erfuhr, dass wir auf dem Boden dieser Art von Datenaustausch standen, der jetzt weiter verbreitet wird“, sagt er. Damals waren Herr Cains Maschinen nicht bereit, Daten zu teilen, also arbeitete LNS mit American Punchs Werkzeugmaschinenlieferant und dem OEM zusammen, um sie auf den neuesten Stand zu bringen.

Maschinenwerkzeug-Konnektivität in der Praxis

In dieser Applikation residierte das e-Connect-System im LNS Quick Load Servo 80 S2: einem spindellängen, vollelektrischen, servo-gesteuerten, vollautomatischen Stangenlader, der 14- bis 63-Zoll-Stangen mit Durchmessern von ¼ bis 3 1/8 Zoll lädt. Der American Punch Maschinenbediener würde den Stangenlader mit 1 ½-Zoll-Werkzeugstahl-Stangenmaterial beladen und ein Makroprogramm fahren, das es der Drehsteuerung und dem Stangenlader ermöglicht, on-the-fly von einer Teilefamilie zur anderen zu wechseln.

Ein typisches Setup würde das Laden des passenden Stangendurchmessers für verschiedene Mengen verschiedener Teillängen beinhalten. Zum Beispiel würde es 1 ½-Zoll-Durchmesser-Stangen nutzen, um 50 Teile mit 2,500 Zoll Länge, 10 Teile mit 3,025 Zoll, 75 Teile mit 3,500 Zoll usw. zu produzieren. Die Teile könnten auch in der Form variieren. Dieses Setup ermöglichte unbeaufsichtigte, sogar Lights-Out-Produktion bei kurzen Teillosläufen.

Heute, mit vier Arbeitszellen, die das LNS e-Connect-System und Stangenlader nutzen, fertigt American Punch mehr als 300.000 Teile monatlich und ist dabei, zusätzliche Kapazität hinzuzufügen, um Kundennachfrage zu decken. Die neueste Arbeitszelle besteht aus einem LNS Quick Load Servo 80 S2 Stangenlader, der Stangenmaterial in ein Doosan Puma 2100SY Drehzentrum lädt, das Fräsen, Bohren und Gewindeschneiden kann. Neben der Schnittstelle zum LNS Stangenlader kommuniziert die Maschinen-CNC auch mit einem programmierbaren Hochdrucksystem, um die präzise Kühlmittelmenge für jeden Bearbeitungsschritt anzuwenden.

Reduzierter Materialverschnitt durch e-Connect

Ein weiterer Vorteil des e-Connect-Systems ist reduzierter Materialverschnitt. Neben dem Speichern der Stangenlader-Parameter für jedes der Teileprogramme verfolgt e-Connect Materialverbrauch und kommuniziert diese Information an die Werkzeugmaschine. Der Hauptplan prüft die Menge verfügbaren Materials und die Längen der Teile in der Produktionswarteschlange, um zu bestimmen, ob genug Material für die erforderliche Menge eines bestimmten Teils vorhanden ist. Wenn nicht genug Material für den gesamten Lauf vorhanden ist, bestimmt das System die Länge des Rests, ruft das nächste Teil im Plan auf, das zum verbleibenden Material passt, und Drehmaschine und Stangenlader stellen sich automatisch auf das neue Teil ein. Sobald die Stange verbraucht ist, lädt der Stangenlader die nächste Stange und das System wiederholt den Prozess, bis alle geplanten Teile gefertigt sind.

„Diese Arbeitszellen haben unsere Kosten-pro-Teil durch unbeaufsichtigten Betrieb und Hinzufügen einer arbeitsfreien Nachtschicht signifikant verbessert“, sagt Herr Cain und fügt hinzu: „Wir haben nicht nur das Lieferzeit-Problem gelöst, wir haben unsere Kapazität erweitert, um zusätzliche Arbeit anzunehmen.“