Voorbij Zwitserse precisie

Toen Jim en Joe Davis in 1987 hun jobshop begonnen, dachten ze dat ze een goede kans hadden om groot te worden in de medische industrie. Ze waren al halverwege. In plaats van helemaal opnieuw te beginnen, kochten de twee broers de Zwitserse precisie-draaibankafdeling van het inkrimpende medische bedrijf waarvoor ze allebei werkten. En zo werd Micro Med Machining, Inc. (Miami Lakes, Florida) geboren.

De jonge mannen hadden veel te bieden. Ze waren min of meer opgegroeid in de machinefabriek van hun vader. Beiden waren gediplomeerde productie-ingenieurs en hadden het stageprogramma voor productiebeheer van hun voormalige werkgever doorlopen. De twee waren dus hands-on bekend met metaalbewerkingsprocessen in het algemeen en met Zwitsers draaien voor de medische industrie in het bijzonder - met een goed begrip van zowel de kwaliteitseisen van de industrie als de regelgevende omgeving. Bovendien wisten ze uit eigen ervaring hoe moeilijk het was om leveranciers van bewerkte onderdelen te vinden die consequent konden voldoen aan de industrienormen. Er was zeker een niche die gevuld moest worden.

De eerste vijf maanden was het enige werk van Micro Med het maken van onderdelen voor de katheters en implanteerbare pacemakers van hun voormalige eigenaar. Maar daarna gingen de vooruitzichten van de winkel wagenwijd open. Ze begonnen inderdaad met 19 mensen en hebben er vandaag meer dan honderd, terwijl hun verkoopvolume met een groter deel is gegroeid.

Die groei is niet in de laatste plaats voortgekomen uit hun juiste veronderstelling over de behoefte van de medische industrie aan betrouwbare leveranciers. Even belangrijk is echter hoe de winkel technologie heeft toegepast. Ze begonnen meestal met automatische Zwitserse draaibanken en Hardinge chuckers, evenals een batterij van secundaire apparatuur. Tegenwoordig doen ze het overgrote deel van het werk op meerassige CNC-draai- en freescentra. De winkel heeft 30 van deze geavanceerde machines in verschillende configuraties.

Hoewel de technologie zeker duurder is dan de oude automaten, biedt het de mogelijkheid om de meeste van de zeer gecompliceerde onderdelen van de winkel volledig in een enkele opstelling te bewerken. In wezen verdringen ze de kosten van meerdere opstellingen met meer capabele apparatuur - wat in het algemeen een goedkopere oplossing is - en leveren ze de kwaliteitsniveaus die hun klanten eisen, batch na batch. Maar de technische formule van Micro Med vereist veel meer dan het plaatsen van goede machines op de werkvloer. Ze hebben enorm veel procesexpertise met deze machines, wat deze winkel echt onderscheidt van de gewone concurrentie.

Hoewel we hier niet de meest kritische elementen van de proceskennis van de winkel kunnen onthullen, kunnen we een kijkje geven in wat deze opmerkelijke winkel doet klikken. Zo doen ze het bij Micro Med.

De onderdelen en de machines

Om de eisen aan de processen te begrijpen, helpt het om eerst naar enkele onderdelen te kijken. Ze zijn ingewikkeld, nauwkeurig en klein. De uitstalling van voorbeeldonderdelen door Micro Med lijkt meer op iets uit een juwelierszaak dan op een machinewerkplaats. Het typische tarief omvat botschroeven; kleine buizen, fittingen en kleppen; onderdelen voor miniatuur chirurgische instrumenten; en tandheelkundige posten. Precisieschroeven zijn bijvoorbeeld slechts 1 mm lang en hebben een diameter van 1 mm en een poreuze schroefdraad van 1 mm. Cosmetica is van cruciaal belang en vrijwel alle onderdelen zijn afgewerkt en visueel geïnspecteerd onder een microscoop met een vergroting van 20x. Bramen van welke aard dan ook zijn ronduit onaanvaardbaar.

De moeilijkheid van het bewerken van deze kleine onderdelen wordt nog versterkt door de taaie materialen waaruit ze zijn gemaakt. Zo'n 65 procent van de onderdelen is uit titanium gesneden, nog eens 30 procent uit de sterkste roestvrij staalsoorten en de rest uit edele metalen zoals goud en platina. Meer dan 60 procent van de stukken vereist een soort frees- of boorbewerking. Geboorde kruisgaten komen vaak voor, sommige zo klein als 0,005 inch in diameter (kleinere gaten zijn EDMed). Veel van deze kleine gaatjes moeten zowel precies als diep zijn. Voor één buisvormig onderdeel is bijvoorbeeld een gat met een diameter van 0,04 inch nodig dat 1,5 inch diep is geboord. . . met slechts een wanddikte van 0,007 inch. . . in titaan. En de onderdelen zijn niet alleen rond. Er worden nogal wat in wezen prismatische onderdelen geproduceerd op de Zwitserse CNC-machines dankzij hun freescapaciteiten en de inherente voordelen van de productie van deze delicate onderdelen van stafmateriaal.

Alle machines met meerdere assen zijn Citizens (Marubeni Citizen-Cincom, Allendale, New Jersey). Sommige van de machines zijn relatief eenvoudige drie-assige ontwerpen met de kenmerkende verschuifbare kop en geleidingsbus (Z) in Zwitserse stijl (Z), eenassige gereedschapsrevolver (X) en roterende positionering van de hoofdspil (C). Zowel stationaire als aangedreven gereedschappen zijn op de revolver gemonteerd voor draaien of on-center boor- en freesbewerkingen.

De andere machines van Micro Med zijn aanzienlijk complexer. De modellen uit de E-serie zijn ontwerpen met zes assen, die een tweede revolver met twee assen en een subspil toevoegen voor back-working-operaties. De dubbele revolvers maken knijpen draaien mogelijk - dat wil zeggen, draaien met twee gereedschappen tegelijk - wat efficiënt is en, even belangrijk, de neiging van dunne werkstukken om door te buigen van een enkel gereedschap tegengaat. En met de tweede revolver kan een breder scala aan bewerkingen worden uitgevoerd op onderdelen die in de primaire of secundaire spil worden vastgehouden. Bovendien kunnen draai- of freesbewerkingen tegelijkertijd op beide spindels worden uitgevoerd.

De acht-assige M-20-modellen van de winkel gaan nog een paar stappen verder. In plaats van een tweede turret hebben de machines een gangplate met acht stations, die tot vijf stationaire en drie roterende gereedschappen kan bevatten. Ganggereedschap is uiterst efficiënt bij draaibewerkingen omdat het de tijd elimineert die revolvers nodig hebben om van gereedschap naar gereedschap te indexeren. Deze machines hebben ook Y-as-mogelijkheden voor de gangplate-gereedschappen, wat betekent dat excentrische frees- en boorbewerkingen kunnen worden uitgevoerd met de aangedreven stations. Een achtste zwenkas is geschikt voor in-process werkstuk- of gereedschapsmetingen, of robotische werkstukmanipulatie.

Het punt van al deze machines is dat ze Micro Med in staat stellen zelfs zeer gecompliceerde onderdelen in één opstelling te bewerken. De voordelen van deze mogelijkheid zijn talrijk. Misschien wel het meest voor de hand liggende, het bespaart de tijd, arbeid en de onderhanden werkkosten van het routeren van taken over een reeks machines voor één doel. Het stelt de winkel ook in staat om veel beter in te spelen op de steeds veeleisender wordende leveringsvereisten van klanten. Een spoedorder uitschakelen is veel eenvoudiger als de klus maar over één machine hoeft te worden gerouteerd, in plaats van over drie of vier.

Minstens zo belangrijk zijn de kwalitatieve voordelen. Telkens wanneer een onderdeel wordt losgemaakt van een werkstukhouder en vervolgens opnieuw wordt vastgegrepen, wordt een nieuw element van dimensionale variabiliteit aan het proces toegevoegd. Met het werk van Micro Med zijn toleranties van 0,001 inch typisch, maar ze moeten vaak een "tiende" - 0,0001 inch - vasthouden en dit consequent doen. Gezien hoe moeilijk het kan zijn om deze kleine onderdelen op te spannen voor secundaire bewerkingen, is er geen zeer hoge stapel werkstuktoleranties nodig om het totale bewerkingsproces buiten aanvaardbare grenzen te brengen. Het is veel beter om één greep op het onderdeel te houden voor het hele proces en dat probleem helemaal te elimineren.

Door een constante fysieke controle van het werkstuk te behouden, wordt ook de beheersing van de processen door de winkel wetenschappelijk geloofwaardig, wat een centrale zorg is voor de kwaliteitsbewuste klanten van Micro Med. Joe Davis zegt:"Mensen kijken tegenwoordig naar je Cpk-waarden. Ze willen weten dat je je proces onder controle hebt." En voor hun meest geavanceerde klanten is Micro Med in staat om statistisch betrouwbare haalbaarheidsstudies voor productie te leveren. Dat is een lange weg om nieuwe klanten in de winkel te krijgen.

Toch brengt concurrentie de kosten terug naar een eerste overweging - en voor de kwaliteitsniveaus die de winkel moet leveren, heeft het elimineren van opstellingen een enorm gunstig effect. Een goed voorbeeld is een medische connector die een andere leverancier in zes opstellingen produceerde op een opeenvolging van single-purpose chuckers en freesmachines. Bij volumes van 4500 per maand betaalde de klant $ 8 per stuk. Micro Med nam het onderdeel onder de loep, stelde een paar eenvoudige wijzigingen voor omwille van de bewerkbaarheid en plaatste het op een van de zesassige machines. "We hebben de kosten teruggebracht tot vier dollar en kleingeld", zegt dhr. Davis. Rekende de voormalige leverancier een te hoog tarief? "Niet echt", zegt hij, "dat was waarschijnlijk redelijk in lijn met zijn kosten. Hij had gewoon niet het beste proces om de klus te klaren."

Betere processen

Iedereen kan apparatuur kopen, maar er optimaal gebruik van maken is een andere zaak, en hierin blinkt Micro Med uit. Procescreativiteit is uiterst belangrijk - omwille van efficiëntie en kwaliteit - en dat kan alleen met mensen die de machines door en door kennen. Ook van cruciaal belang is te weten wat wel en niet kan met standaardgereedschap, en hoe gereedschap kan worden aangepast of speciaal gebouwd. Deze expertise stelt de winkel in staat om dingen te doen met hun machines die zelfs de machineontwikkelaars verbazen. "Deze machines niet volledig gebruiken, is als 80 kilometer per uur rijden in een racewagen", zegt dhr. Davis. Bij Micro Med rijden ze graag snel.

Maar dat is slechts figuurlijk gesproken, want het behalen van snelle verspaningssnelheden is duidelijk niet waar het in deze winkel om gaat. Een kritieke zorg voor de medische industrie is hoe het onderdeel wordt afgewerkt - braamvrij en cosmetisch onberispelijk - maar de efficiëntie en kwaliteit van die laatste bewerking heeft veel te maken met hoe het metaal in de eerste plaats werd verwijderd. Afwerking is handwerk, en net als elke andere precisiemetaalbewerkingswerkplaats, iets wat ze graag tot een minimum beperken. "We ruilen de primaire machinetijd graag in voor de eindtijd", zegt de heer Davis, maar ze kunnen alleen de vruchten van die handel plukken door een zorgvuldige constructie van de bewerkingsroutine.

Bramen zijn waarschijnlijk de grootste zorg. De beste manier om met bramen om te gaan, is ze te voorkomen, en als ze onvermijdelijk zijn, het proces zo te beheren dat ze gemakkelijk kunnen worden verwijderd in een redelijk efficiënt secundair proces. Dat betekent dat ze zich zorgen moeten maken over de richting van de braam, de grootte en wat er nodig is om het af te breken. Deze overwegingen kunnen een grote invloed hebben op de cyclustijden. In dit geval is snelheid echter niet zo belangrijk als de staat van het onderdeel als het van de machine komt.

Het beheersen van de doorbuiging van onderdelen is een andere factor die zeer merkbare tijd kan toevoegen aan bewerkingscycli, en misschien wel het gebied van de beste handelsgeheimen van de winkel. Bedenk dat Micro Med een nauwkeurige dimensionale integriteit handhaaft op een reeks zeer slanke onderdelen die zijn gemaakt van extreem moeilijk te bewerken materialen en vaak worden gesneden met delicate gereedschappen die zelfs meer geneigd zijn om door te buigen dan het werkstuk. Ze moeten de snelheden, voedingen en snijdieptes die geschikt zijn voor deze omstandigheden tot een buitengewoon fijne mate begrijpen. Een draad die bijvoorbeeld acht passages zou moeten kosten, kan er in feite 18 in beslag nemen. Ze hebben ook manieren ontdekt om secties in te rijgen en ze allemaal perfect samen te voegen. Het is vaak een langzaam en moeizaam proces, maar de moeite waard omdat de voorspelbaarheid van het proces de grootste zorg van de winkel is.

De standtijd is een andere belangrijke factor, niet zozeer voor de kosten van het gereedschap zelf, maar ook voor het behouden van kwalitatieve controle over het proces. Operators moeten voortdurend waakzaam blijven om slijtende gereedschappen uit een proces te verwijderen voordat ze het uit de hand lopen. En ze moeten ondermaatse gereedschappen helemaal uit het proces verwijderen. De kwaliteit van het gereedschap is van cruciaal belang, zelfs bij sommige schijnbaar zachte materialen zoals platina - inderdaad vooral bij platina, dat een zeer schurend materiaal is en duidelijk van zo'n waarde dat schroot een kostbare aangelegenheid is. Of zoals de heer Davis het beknopter stelt:"Als u een gat met een diameter van 0,012 inch boort, is de kwaliteit van het gereedschap verdomd kritisch, en u kunt er niet van uitgaan dat een kant-en-klaar gereedschap het werk zal doen."

Omdat gemiddelde runs 1500 tot 2.000 stuks zijn en meerassige draai-/freescentra vrij dure activa zijn om stil te staan, moeten operators erg goed zijn in het uitvoeren van taken op en naast de machines. Een manier waarop ze dit doen, is door de tools vooraf in te stellen. Op sommige machines hebben ze bijvoorbeeld extra torentjes gekocht. Op deze manier worden tools ingesteld en off-line gekwalificeerd "binnen een paar `tiende'". Als die turrets eenmaal zijn gemonteerd, zijn er maar een paar setup-onderdelen nodig om het proces op gang te brengen. Dat wil niet zeggen dat ze de overstaptijden van één cijfer naderen; deze machines zijn te complex. Maar ze krijgen taken binnen een uur uitgevoerd in plaats van de zes die nodig zijn om alle tools op de machine afzonderlijk te laden en in te bellen.

En er zijn nog veel meer dingen om te weten. Programmeren is belangrijk, maar de machinebesturingen bieden hierbij een goede hulp. Individuele draai- of freesbewerkingen kunnen onafhankelijk worden geprogrammeerd, waarna de CNC ze automatisch samenvoegt tot één enkele, efficiënte routine. Werkstukopspanning is ook van cruciaal belang, met name voor het oppakken van bewerkte onderdelen in de subspil, en soms worden speciale spantangen gemaakt. Het is veel om te weten. Maar de beheersing van deze kritieke procesinformatie door de winkel was, naar eigen zeggen, het cruciale verschil tussen Micro Med en zijn concurrentie.

De envelop duwen

Micro Med heeft een deel van deze kennis opgedaan door dagelijks de verwachte dingen te doen en goed op de resultaten te letten. Ze gebruiken SPC bijvoorbeeld om elk nieuw proces te kwalificeren en vervolgens het proces in kaart te brengen ter wille van de productiecontrole. Maar de grootste maatstaf voor het krachtigste concurrentievoordeel van de winkel is afkomstig van hun aanhoudende neiging om de grenzen van het proces te verleggen, voortdurend op zoek naar nieuwe efficiëntieverbeteringen die hun kwaliteitsnormen niet ondermijnen.

Ongetwijfeld zijn de gebroeders Davis erg trots op hun 'avontuurlijke proces' - hun neiging om nieuwe ideeën uit te proberen en de moeilijke problemen op te lossen. Maar het is niet alleen bravoure die hen drijft; zij zijn van mening dat voortdurend experimenteren met processen de leerervaringen biedt die de winkel nodig heeft om zijn concurrentievoordeel te behouden. Dat is een groot deel van de reden waarom deze productiewinkel bereid is om prototyping te doen - gelijktijdig delen en proces uitwerkend op productieapparatuur - voor de kennis die het biedt. Letterlijk proberen ze de uiterste uithoeken van hun zeer capabele productieapparatuur te combineren met de ongebruikelijke vereisten van de industrie die ze bedienen. Omdat de belangrijkste mensen van de winkel uit de medische industrie komen, hebben ze in dit opzicht een aanzienlijk voordeel. Ze hebben veel kennis van geschikte processen binnen de beperkingen van het veld, en ze kunnen zelfs een grote bijdrage leveren aan het helpen van klanten bij het ontwikkelen van ontwerpen - het verbeteren van de produceerbaarheid zonder in te boeten aan functionaliteit of gemeenschappelijke wettelijke beperkingen tegen te komen. Om deze redenen zijn de managers van de winkel vastbesloten om het bedrijf zeer gefocust te houden. Micro Med is het beste in het draaien van het Zwitserse type met meerdere assen volgens zeer hoge kwaliteitsnormen, en dat is wat ze zullen blijven doen. Interessant is dat dit sterke en consistente gevoel van focus de medewerkers van de winkel helpt om hun eigen persoonlijke kwaliteitsnormen aan te passen aan een geschikt niveau voor het soort klanten dat Micro Med bedient, wat op zijn beurt de winkel helpt om de juiste balans tussen kwaliteit en efficiëntie te bereiken. Dat is een gevoelig punt in de medische industrie, die steeds kostenbewuster wordt, maar waar onderdelen er nog perfect uit moeten zien. "Je wilt een verlangen naar perfectie bijbrengen", zegt dhr. Davis, "maar tegelijkertijd wil je niet dat ze tijd verspillen aan het bereiken van een niveau dat verder gaat dan de praktische vereisten van het werk." Het is een delicaat evenwicht, en hij voelt dat het zich niet leent om meer machinale bewerkingen van het type grondstof in de mix te brengen. Ofwel zou de winkel buitensporige kosten hebben voor dergelijke onderdelen, of, erger nog, ze zouden een destructieve dubbelzinnigheid in de winkel introduceren over wat "goed genoeg" betekent.

Dus Micro Med zal zich blijven concentreren op moeilijke onderdelen. Meneer Davis gelooft dat er veel meer van hen zijn, en hij is meer dan bereid om zijn risico te nemen op het vermogen van hun winkel om met succes te blijven strijden voor dat werk. MMS

Noot van de redactie:twee weken na ons bezoek aan Micro Med, kondigde het bedrijf aan dat het was verkocht aan Uniform Tubes, een fabrikant van op maat gemaakte buisvormige componenten. Uniform Tubes geeft Micro Med meer technische en verkoopondersteuning. Volgens Joe Davis blijven het management en de missie van het bedrijf intact.