Un atelier élimine les longs temps d'installation grâce à l'automatisation avancée
Erik Anderson, président-directeur général de Basin Precision Machining LLC, a déterminé que les réglages sont la cause de tous les maux lorsqu'il s'agit de la productivité de la fabrication. Elles entraînent des variations de pièces, des temps d'arrêt et des taux de rebut élevés. Et comme beaucoup d'autres ateliers, Basin a également été confronté au défi des installations longues et complexes, jusqu'à ce que l'atelier basé à Jefferson, WI, riposte grâce à l'automatisation.
Basin se considère comme un atelier relativement non conventionnel en raison de son obsession extrême pour la qualité, la production allégée et la production en flux continu très efficace d'une seule pièce dans l'ensemble de son atelier. Mais nulle part ce caractère non conventionnel n'est plus apparent que dans l'utilisation de l'automatisation par l'entreprise dans un environnement de production à forte mixité/faible volume, par opposition au scénario typique de production à fort volume.
Pour réaliser l'automatisation de sa production spéciale, Basin s'appuie sur des cellules de fabrication composées de la technologie la plus récente et la plus avancée en matière de machines-outils, dotées des plus grandes capacités de stockage d'outils possibles et d'une connectivité numérique - une combinaison qui a pratiquement éliminé les temps de préparation.
En tant qu'atelier d'usinage de précision, Basin fournit des services aux marchés du pétrole et du gaz, de l'aérospatiale, des véhicules de loisirs et de l'hydraulique. Ses clients sont notamment la société pétrolière et gazière FHE USA LLC, le fabricant de valves à cartouche HydraForce Inc. et l'équipementier de motos Harley-Davidson Inc.
Dans certains cas, l'atelier produit environ 250 versions d'une pièce pour un client. La taille des lots de travail associés peut varier de cinq à 500 pièces, ce qui, selon Anderson, équivaut à environ 80 mises en place par mois pour passer d'une version à l'autre. Ces installations à forte intensité de temps et de main-d'œuvre requièrent des personnes qualifiées qui comprennent les réglages de plus de 100 outils, les fixations multilatérales compliquées et la manière d'exécuter des pièces complexes.
Avec l'une de ses plus grandes cellules de fabrication automatisée, Basin peut avoir environ 200 numéros de pièces configurés à tout moment. La cellule permet à l'atelier de configurer les tâches une fois pour toutes, de les laisser dans la cellule et de les exécuter lorsque cela est nécessaire. Installée dans une nouvelle annexe de 2 090 m2 et produisant principalement des collecteurs hydrauliques, la cellule se compose de six centres d'usinage horizontaux Mazak HCN-5000 au sein d'un système Mazak Palletech qui comporte trois niveaux, 120 palettes et trois stations de chargement. Pour une capacité d'outils maximale, chaque centre d'usinage est associé à une ruche d'outils Mazak qui contient 348 outils chacun, soit un total de 2 088 outils pour la cellule.
Selon M. Anderson, les grandes capacités d'outillage contribuent de manière significative à la réduction des opérations de réglage, car elles permettent à l'atelier de laisser les outils en place lorsque les cellules passent d'une pièce à l'autre. Dans la plupart des cas, il y a suffisamment d'outillage pour qu'une seule machine puisse produire une douzaine de numéros de pièces différents à partir de trois tailles de matériaux bruts.
L'année dernière, l'atelier a réalisé pour environ 11 millions de dollars de travaux sur les collecteurs hydrauliques sur 15 machines autonomes exploitées par 32 personnes. Avec le seul nouveau système Mazak, Basin traitera désormais environ 9,5 millions de dollars de travail avec seulement six machines et six personnes, produisant 90 % de ce qu'elle faisait auparavant.
Les HCN-5000S sont toutes équipées des commandes Mazatrol SmoothG de Mazak, qui sont conviviales et permettent un usinage à grande vitesse et de haute précision. Les machines sont équipées en standard de tables rotatives à entraînement direct et de changeurs à deux palettes. Cette fonction d'automatisation simple et efficace améliore la productivité en permettant au robot guidé par rail Palletech de charger ou de décharger une palette pendant que la machine continue à travailler sur une pièce fixée sur son autre palette.
Pour une optimisation accrue des processus, chacune des HCN-5000S de la cellule est équipée d'une Mazak SmartBox, une plateforme de lancement qui offre à Basin une entrée facile et sécurisée dans l'Internet industriel des objets (IIoT). Grâce à la technologie MTConnect, la SmartBox à protocole ouvert facilite la connectivité des machines et des appareils de l'atelier tout en permettant d'améliorer les capacités de surveillance et d'analyse.
Selon M. Anderson, Basin a installé les SmartBox pour contrôler l'efficacité globale des équipements (OEE) et, à terme, les interfacer avec le système ERP de l'atelier. Actuellement, les MAZAK SMARTBOX transfèrent les données d'outillage, via des puces RFID, des prérégleurs d'outils de Basin vers les machines. Mais, selon lui, l'atelier finira par sensoriser l'équipement afin de pouvoir utiliser les MAZAK SMARTBOX pour la maintenance préventive et la surveillance des systèmes critiques des machines
Une autre cellule de fabrication automatisée récemment ajoutée à Basin est centrée sur un centre d'usinage horizontal Mazak HCN-8800 et une ruche à outils de 348 outils dans un système Palletech à six palettes. La cellule produit principalement des composants pour un système de l'industrie pétrolière et gazière destiné à fixer les équipements aux têtes de puits, le RigLock de FHE.
Outre le HCN-8800, Basin produit également des composants pour le système RigLock avec une machine multitâche Mazak Integrex i-630V/6, une solution à cinq axes dotée de puissantes broches de tournage et de fraisage conçues pour l'usinage intensif. La machine traite les corps RigLock qui mesurent 20″ (508 mm) de diamètre, pèsent 1 200 livres et sont fabriqués en acier d'une dureté de Rc 32. Ces pièces nécessitaient auparavant six opérations d'usinage et 55 jours de traitement total de la part d'un autre fournisseur ; Basin les termine maintenant en un peu plus de sept heures avec une seule opération d'usinage sur l'INTEGREX i-630V/6.
Pour ces pièces, selon Anderson, le processus est beaucoup plus facile s'il peut être réalisé en une seule opération. "Cela permet d'éliminer toutes les variables telles que la manutention, le chargement, la perte d'enregistrement et la nécessité d'utiliser plusieurs équipements", explique-t-il. "Si un atelier conventionnel effectuait le même travail, il aurait besoin de deux tours et d'une fraise verticale avec un indexeur et devrait traiter la pièce quatre fois".
Chez Basin, le flux d'une seule pièce et la capacité de la machine Mazak "Done in One" signifient que la matière première entre dans le processus et en ressort sous forme de composants finis. Cela signifie qu'il n'y a pas d'encours, qu'il y a beaucoup moins de problèmes de qualité et que les délais d'exécution des travaux sont plus courts. Tout cela a permis à No.50 d'obtenir des résultats inférieurs à 50 parties par million (ppm) en matière de qualité des défauts. En fait, l'atelier a atteint un niveau aussi bas que 19 ppm, et ce depuis les dix dernières années.
M. Anderson a indiqué que certains des autres Mazak de l'atelier, comme l'INTEGREX i-630V/6, ne sont pas ce que l'on pourrait considérer comme de l'automatisation traditionnelle - aucun robot ne charge la machine. L'automatisation résulte plutôt de la capacité de la machine multitâche à effectuer des opérations de tournage ainsi qu'un fraisage complet sur cinq axes pour traiter les pièces en une seule fois.
Parmi les autres exemples d'automatisation intégrée, on peut citer quatre autres machines multitâches Mazak récemment acquises. Il s'agit de l'Integrex i-400S de l'atelier, qui dispose d'une deuxième broche de tournage, de l'Integrex i-200ST, qui dispose d'une tourelle inférieure en plus de sa deuxième broche de tournage, et de deux machines multitâches INTEGREX e-500H-S, qui disposent chacune de deux broches de tournage opposées de même puissance avec contrôle de l'axe C. Ces machines sont également équipées de motobroches intégrées qui tournent dans l'axe B pour des opérations de fraisage simultanées sur cinq axes et à grande vitesse d'avance.
L'INTEGREX e-500H-S fabrique des pièces de grande taille pour le système RigLock. Les machines Integrex i-400S et i-200ST traitent également les composants RigLock et les pièces d'obturateurs qui sont introduits dans la machine Integrex i-200ST. Pendant que ces machines travaillent, leur opérateur a également le temps de faire fonctionner l'INTEGREX i-400S.
"Les systèmes d'usinage automatisés tels que nos Mazak, a déclaré M. Anderson, sont la solution aux problèmes de main-d'œuvre tels que la pénurie de main-d'œuvre qualifiée. Nos collaborateurs sont des gestionnaires de l'automatisation, car il est difficile de trouver des machinistes. Ils sont consciencieux et ont un sens aigu de la propriété pour superviser nos systèmes et en assurer la production. Ce ne sont pas des presse-boutons, ce sont des individus investis dans le processus - des directeurs d'usine, en quelque sorte - et ils sont responsables de la matière première de leur cellule de travail, des machines de la cellule, de l'outillage, de la qualité, de la façon dont la pièce est enregistrée et de la façon dont elle est emballée et présentée au client".
La plupart des pièces de Basin sont fabriquées à partir de matériaux tels que le 4140, le 4340 et certains aciers prétrempés sous forme de barres, de pièces forgées et de pièces moulées. Elle produit également certaines pièces en Invar 36, en aluminium 6061-T6 et en fonte ductile 65-45-12 DuraBar. Les pièces peuvent peser de 2 oz à 2 000 lb et nécessitent des tolérances et des finitions de surface serrées. Les tolérances de position vont de 0,005″ (0,12 mm) à 0,001″ (0,0254 mm), et dans de nombreux cas, l'atelier doit respecter des tolérances diamétrales de ±0,00025″. Les tailles de lots de travail typiques vont de la production continue impliquant des centaines de milliers de pièces par an à des travaux uniques ne produisant que deux pièces.
Fondé à l'origine par les parents de M. Anderson, l'atelier emploie 190 personnes, possède deux sites à Jefferson et à Whitewater, WI, et dispose d'un espace de production combiné de 85 000 pieds carrés (7 897 m2). L'atelier compte une dizaine de clients et, selon M. Anderson, il n'essaie pas d'être l'atelier de 100 clients, car il est très difficile de fournir à chacun d'entre eux un service adéquat en même temps.
"Nous nous efforçons de développer des relations solides avec des clients clés qui souhaitent que nous produisions des quantités importantes de travail", a-t-il déclaré. "Ce faisant, nous obtenons des engagements solides de la part de nos clients et nous sommes prêts à faire des investissements importants dans la technologie de fabrication pour produire leurs composants au mieux de nos capacités, avec une qualité et une rentabilité maximales. De nombreux magasins ne sont pas disposés à le faire".
Basin continuera à se concentrer sur les travaux à forte mixité/faible volume composés de pièces complexes, car ce sont ceux que la plupart des ateliers évitent. Selon M. Anderson, l'objectif est d'obtenir le travail et l'équipement adéquat, comme les machines flexibles et les systèmes d'automatisation Mazak que l'entreprise utilise aujourd'hui. Cette stratégie a bien fonctionné pour lui et continue d'ouvrir de nouveaux marchés pour Basin.
"Nous regardons vers l'avenir et sommes prêts à faire des investissements", a déclaré M. Anderson. "Cela trouve un écho auprès des clients potentiels, car il est difficile pour eux de trouver les emplois que nous recherchons. Ces clients veulent des fournisseurs qui s'engagent à leur fournir la technologie de pointe et tout ce qui est nécessaire à leur travail".