Basin Precision Machining reduziert Rüstzeiten durch fortschrittliche Automatisierung

Basin Precision Machining LLC steigert Qualität durch effizientes Ein-Stück-Flow-Produktionssystem im gesamten Shopfloor

Erik Anderson, Präsident und CEO von Basin Precision Machining LLC, hat festgestellt, dass Rüstvorgänge die Wurzel allen Übels sind, wenn es um Fertigungsproduktivität geht. Sie verursachen Teileschwankungen, Stillstandzeiten und hohe Ausschussraten. Und wie viele andere Werkstätten stand auch Basin vor der Herausforderung langer und komplexer Arbeitsrüstungen – bis der in Jefferson, WI ansässige Betrieb mit Automatisierung zurückschlug.

Basin betrachtet sich als relativ unkonventionelle Werkstatt aufgrund ihrer extremen Besessenheit für Qualität, Lean Manufacturing und hocheffizientes Ein-Stück-Flow-Produktionssystem über den gesamten Shopfloor. Doch nirgendwo ist diese Unkonventionalität deutlicher als beim Einsatz von Automatisierung in einer High-Mix/Low-Volume-Produktionsumgebung im Gegensatz zum typischen High-Volume-Szenario.

Um seine spezielle High-Mix/Low-Volume-Produktionsautomatisierung zu erreichen, setzt Basin auf Fertigungszellen, die aus der neuesten, fortschrittlichsten Werkzeugmaschinentechnologie mit größtmöglichen Werkzeugspeicherkapazitäten und digitaler Konnektivität bestehen – eine Kombination, die Rüstzeiten praktisch eliminiert hat.

Als präziser Lohnfertigungsbetrieb bedient Basin die Öl- und Gas-, Luft- und Raumfahrt-, Freizeitfahrzeug- und Hydraulikmärkte. Zu seinen Kunden zählen Unternehmen wie FHE USA LLC, Kartuschenventilhersteller HydraForce Inc. und Motorrad-OEM Harley-Davidson Inc.

In einigen Fällen fertigt die Werkstatt etwa 250 Varianten eines Teils für einen Kunden. Die zugehörigen Losgrößen können von fünf bis 500 Stück reichen, was laut Anderson etwa 80 Rüstungen pro Monat entspricht, um von einer Variante zur nächsten zu wechseln. Diese zeit- und personalintensiven Rüstungen erfordern qualifizierte Personen, die 100-plus-Werkzeug-Einrichtungen, komplexe mehrseitige Spannvorrichtungen und die Bearbeitung komplexer Teile verstehen.

Mit einer seiner größten automatisierten Fertigungszellen kann Basin etwa 200 Teilenummern gleichzeitig eingerichtet haben. Die Zelle ermöglicht es der Werkstatt, Jobs einmal einzurichten, sie in der Zelle zu lassen und sie bei Bedarf zu fahren. In einem neuen 22.500 ft² (2.090 m²) Anbau untergebracht und hauptsächlich Hydraulikverteiler produzierend, besteht die Zelle aus sechs Mazak HCN-5000 horizontalen Bearbeitungszentren innerhalb eines Mazak Palletech-Systems mit drei Ebenen, 120 Paletten und drei Beladestationen. Für maximale Werkzeugkapazität ist jedes Bearbeitungszentrum mit einem Mazak Tool Hive gekoppelt, der jeweils 348 Werkzeuge fasst – insgesamt 2.088 Werkzeuge für die Zelle.

Große Werkzeugkapazitäten tragen laut Anderson erheblich zur Rüstzeitreduzierung bei, da sie es der Werkstatt ermöglichen, Werkzeuge eingerichtet zu lassen, während die Zellen von einem Teil zum nächsten wechseln. In den meisten Fällen reicht die Bestückung für eine einzelne Maschine, um ein Dutzend verschiedener Teilenummern aus drei Rohmaterialgrößen zu fertigen.

Letztes Jahr erwirtschaftete die Werkstatt etwa 11 Millionen Dollar Hydraulikverteiler-Arbeit an 15 eigenständigen Maschinen, bedient von 32 Personen. Mit dem einen neuen Mazak-System allein wird Basin nun rund 9,5 Millionen Dollar Arbeit mit nur sechs Maschinen und sechs Personen bewältigen, die 90 % der bisherigen Produktion erbringen.

Die HCN-5000s verfügen alle über Mazaks Mazatrol SmoothG-Steuerungen, die benutzerfreundlich sind und hochpräzises Hochgeschwindigkeitszerspanen liefern. Direktantriebs-Rundtische und Zweipalettenwechsler sind Standard an den Maschinen. Diese einfache und effiziente Automatikfunktion steigert die Produktivität, indem sie dem Palletech-Schienenroboter erlaubt, eine Palette zu be- oder entladen, während die Maschine weiter an einem auf der anderen Palette gespannten Teil arbeitet.

Zur weiteren Prozessoptimierung ist jedes HCN-5000 der Zelle mit einer Mazak SmartBox ausgestattet, einer Startplattform, die Basin einen einfachen und sicheren Einstieg in das Industrial Internet of Things (IIoT) bietet. Mit MTConnect-Technologie als Grundlage erleichtert das offene Protokoll der SmartBox die Konnektivität der Maschinen und Geräte der Werkstatt und ermöglicht erweiterte Überwachungs- und Analysefunktionen.

Laut Anderson installierte Basin die SmartBoxes, um die Gesamtanlageneffektivität (OEE) zu überwachen und schließlich mit dem ERP-System der Werkstatt zu interagieren. Derzeit übertragen die Mazak SmartBoxes Werkzeugdaten via RFID-Chips von Basins Werkzeugeinstellgeräten an die Maschinen. Aber er sagte, die Werkstatt werde die Ausrüstung schließlich mit Sensoren ausstatten, um die Mazak SmartBoxes für vorbeugende Wartung und Überwachung kritischer Systeme an den Maschinen zu nutzen.

Eine weitere kürzlich hinzugefügte automatisierte Fertigungszelle bei Basin dreht sich um ein Mazak HCN-8800 horizontales Bearbeitungszentrum und einen 348-Werkzeug-Tool-Hive innerhalb eines Sechspaletten-Palletech-Systems. Die Zelle fertigt Komponenten hauptsächlich für ein Öl- und Gas-Industriesystem zur Befestigung von Ausrüstung an Bohrlochköpfen, FHEs RigLock.

Zusätzlich zum HCN-8800 fertigt Basin auch Komponenten für das RigLock-System mit einer Mazak Integrex i-630V/6 Multitasking-Maschine, einer Fünf-Achs-Lösung mit leistungsstarken Dreh- und Frässpindeln für Schwerzerspanung. Die Maschine bearbeitet RigLock-Gehäuse mit 20 Zoll (508 mm) Durchmesser, 1.200 lb Gewicht und aus Stahl mit 32 HRC Härte. Diese Teile benötigten bei einem anderen Lieferanten sechs Bearbeitungsoperationen und 55 Tage Gesamtbearbeitungszeit; Basin fertigt sie jetzt in knapp über sieben Stunden mit nur einer Bearbeitungsoperation auf der Integrex i-630V/6.

Für diese Teile, so Anderson, ist der Prozess viel einfacher, wenn er in einer Operation erledigt werden kann. "Damit eliminieren Sie alle Variablen wie Handhabung, Laden, Verlust der Registrierung und die Notwendigkeit mehrerer Maschinen", erklärte er. "Wenn eine konventionelle Werkstatt denselben Job machen würde, bräuchte sie zwei Drehmaschinen und eine Vertikalfäsmaschine mit Teilapparat und müsste das Teil viermal handhaben."

Bei Basin bedeuten Ein-Stück-Flow und die Done-in-One-Fähigkeit der Mazak-Maschine, dass Rohmaterial in den Prozess eingeht und als fertige Komponenten austritt. Das bedeutet null WIP, weit weniger Qualitätsprobleme und schnellere Auftragsdurchlaufzeiten. All das hat zu einer Unter-50-Teile-pro-Million (ppm) Fehlerqualitätsleistung für Basin geführt. Tatsächlich war die Werkstatt schon bei 19 ppm und hält das seit 10 Jahren.

Anderson sagt, dass einige der anderen Mazaks der Werkstatt, wie die Integrex i-630V/6, nicht das sind, was man traditionelle Automatisierung nennen würde – keine Roboter laden die Maschine. Stattdessen ist die Automatisierung das Ergebnis der Fähigkeit der Multitasking-Maschine, Drehoperationen sowie volles Fünf-Achs-Fräsen durchzuführen, um Teile in einzelnen Aufspannungen zu bearbeiten.

Weitere Beispiele für solche integrierte Automatisierung sind vier weitere kürzlich erworbene Mazak-Multitasking-Maschinen. Dazu gehören die Integrex i-400S mit zweiter Drehspindel; eine Integrex i-200ST mit unterem Revolver zusätzlich zur zweiten Drehspindel; und zwei Integrex e-500H-S Multitasking-Maschinen, jede mit zwei gleich starken gegenläufigen Drehspindeln mit C-Achsen-Steuerung. Diese Maschinen verfügen auch über integrale Motorfrässpindeln, die in der B-Achse rotieren für simultanes Fünf-Achs- und Hochvorschubfräsen.

Die Integrex e-500H-S fertigt große Teile für das RigLock-System. Die Integrex i-400S und i-200ST bearbeiten ebenfalls RigLock-Komponenten und Blow-out-Preventer-Teile, die in die Integrex i-200ST-Maschine stangenzugeführt werden. Während diese Maschinen arbeiten, hat ihr Bediener auch Zeit, die Integrex i-400S zu bedienen.

"Automatisierte Bearbeitungssysteme wie unsere Mazaks", so Anderson, "sind die Lösung für Arbeitskräfteprobleme wie Fachkräftemangel. Unsere Leute sind Manager der Automatisierung, weil es schwer ist, Zerspaner zu finden. Sie sind gewissenhaft mit einem starken Eigentumsbewusstsein, um unsere Systeme zu überwachen und sie produzierend zu halten. Sie sind keine Knopfdrücker, sie sind Individuen, die in den Prozess investiert sind – im Grunde einzelne Werkstattleiter – und verantwortlich für das Rohmaterial ihrer Zelle, die Maschinen in der Zelle, Werkzeuge, Qualität, wie das Teil aufgezeichnet wird und wie es verpackt und dem Kunden präsentiert wird."

Die meisten Teile bei Basin werden aus Materialien gefertigt, die 4140, 4340 und einige vorgehärtete Stähle in Form von Stangen, Schmiedeteilen und Guss umfassen. Es werden auch Teile aus Invar 36, 6061-T6 Aluminium und 65-45-12 DuraBar Sphäroguss gefertigt. Werkstücke können zwischen zwei Unzen und 2.000 lb wiegen und erfordern enge Toleranzen und Oberflächengüten. Lagetoleranzen reichen von 0,005 Zoll (0,12 mm) bis hin zu 0,001 Zoll (0,0254 mm), und in vielen Fällen muss die Werkstatt Durchmesser-Toleranzen von ±0,00025 Zoll einhalten. Typische Losgrößen reichen von kontinuierlicher Produktion mit Hunderttausenden Teilen pro Jahr bis zu Einzelaufträgen mit nur zwei Teilen.

Ursprünglich von Andersons Eltern gegründet, hat die Werkstatt 190 Mitarbeiter, zwei Standorte in Jefferson und Whitewater, WI, und eine kombinierte Fertigungsfläche von 85.000 ft² (7.897 m²). Die Werkstatt hat etwa 10 Kunden, und laut Anderson versuchen sie nicht, der Lohnfertiger für 100 Kunden zu sein, weil es sehr schwierig ist, allen gleichzeitig angemessenen Service zu bieten.

"Wir streben an, starke Beziehungen zu Schlüsselkunden aufzubauen, die wollen, dass wir signifikante Arbeitsmengen produzieren", sagte er. "Dadurch gewinnen wir feste Zusagen von unseren Kunden, und wir sind bereit, große Investitionen in Fertigungstechnologie zu tätigen, um ihre Komponenten bestmöglich mit höchster Qualität und Kosteneffizienz zu produzieren. Viele Werkstätten sind nicht bereit, das zu tun."

Basin wird sich weiterhin auf High-Mix/Low-Volume-Aufträge mit komplexen Teilen konzentrieren, weil dies die Jobs sind, vor denen die meisten Werkstätten zurückschrecken. Anderson sagt, das Ziel sei, die Arbeit und die richtige Ausrüstung dafür zu bekommen, wie die flexiblen Mazak-Maschinen und Automatisierungssysteme, die das Unternehmen heute nutzt. Diese Strategie hat gut für ihn funktioniert und öffnet weiterhin neue Märkte für Basin.

"Wir blicken in die Zukunft und sind bereit, Investitionen zu tätigen", sagte Anderson. "Das resoniert mit potenziellen Kunden, weil es für sie schwierig ist, die Jobs zu beschaffen, die wir anstreben. Diese Kunden wollen Lieferanten, die das Engagement eingehen, modernste Technologie und alles andere Notwendige für den Job zu beschaffen."

Redigiert von Yearbook Editor Candace Roulo basierend auf Informationen von Mazak.