Lights-out automatisering beheersen: Lessen van een custom toolzaak

Rond 15:00 uur elke werkdag beginnen Custom Tool-winkelpersoneel met het instellen van draaicentra om taken lights-out te draaien tijdens de avond.

Voor de gebroeders Young begon werkvloerautomatisering met het toevoegen van een staafvoeder aan een bestaand CNC-draaicentrum.

Dit gebeurde heel kort na het moment dat Gillen en Bob Young in 2008 Cookeville, Tennessee’s Custom Tool overnamen. (Gillen is president; Bob is vice-president.) De staafvoeder, die een twee-as CNC-draaicentrum in staat stelde om lange strekken onbeheerd te draaien tijdens bemande dagen, vertegenwoordigde een significante cultuurverandering ten opzichte van hoe het bedrijf voorheen beheerd werd. Dat wil zeggen, het automatiseren van een handmatige taak was nooit overwogen in de mate dat zelfs salarischeques nog met de hand geschreven werden voor de bedrijfsovername.

Vandaag zijn diverse automatiseringsvoorbeelden geïmplementeerd, en de zaak profiteert er op verschillende manieren van. Bijvoorbeeld, twee nieuwe staafgevoede, Y-as draaicentra met subspindels, live-tooling en onderdeelverzamelaars kunnen ingesteld worden om overnachten te draaien met als doel onderdelen compleet te machineeren terwijl zoveel mogelijk productietijd uit de beschikbare 15,5 uur die de zaak niet bemand is, gehaald wordt. Werkvloermedewerkers, nu vrijgemaakt van het simpel laden en lossen van machines, zijn beter in staat om manieren te overwegen en te suggereren waarop processen verbeterd kunnen worden. Vaak hebben deze nuttige suggesties te maken met het automatiseren van bestaande handmatige taken (zoals het integreren van onderdeelontgrating in de bewerkingscyclus). Daarnaast heeft nieuwe inspectietechnologie sommige meetroutines geautomatiseerd voor meerdere onderdelen die overnachten gemachineerd werden.

Custom Tool heeft recent ook de dataverzameling voor zijn “productielog” planningsstrategie geautomatiseerd, die ongeveer 10 jaar geleden werd opgesteld. De productielog, die de ruggengraat van de operatie is geworden, onthult hoe effectief de machines van de zaak waren tijdens een dag ten opzichte van verwachte dagelijkse productievolumes, en toont hoeveel “gestolen tijd” de zaak in de zak stopt. (Dit is de broers’ bijnaam voor de onbemande 15,5 uur elke avond.) Het helpt ook taken te identificeren die zinvol zijn voor overnachtproductie terwijl de zaak streeft naar het verhogen van het percentage jaarlijkse lights-out-machining-uren tot 50% of meer van de totale productie. Zoals Bob zegt, is die hoeveelheid onbeheerde machiningtijd equivalent aan een tweede bemande shift tegen veel lagere kosten.

Na de staafvoeder

Bob Young beheert de locatie-operaties, terwijl Gillen (die ook werkt als chief architect IoT-oplossingen voor AT&T Consulting) gevestigd is in Atlanta, Georgia (hoewel hij de zaak zo vaak mogelijk bezoekt). De twee besloten Custom Tool te kopen nadat Bob, die eerder voor een werktuigmachinedistributeur werkte, benaderd werd door de voormalige eigenaren die op pensioen afzaaiden en op zoek waren naar een exit.

Deze brandstofkoppeling is de eerste taak die de zaak onbeheerd overnachten liep. Het gebruikte redundante gereedschappen voor de twee draadoperaties om toolverslijting te compenseren en verdubbelde het aantal onderdelen dat lights-out gemachineerd kon worden. Ook, sinds deze foto genomen is, heeft de zaak begonnen een speciaal gereedschap te gebruiken voor in-cyclus ontgrating om een secundaire, handmatige ontgratingsoperatie te elimineren.

Het werd onmiddellijk duidelijk voor de broers dat veranderingen in de bedrijfscultuur essentieel waren. De twee begonnen te werken aan het instilleren van een mindset van continue verbetering met een oog op het zoveel mogelijk implementeren van automatisering. Gegeven enige natuurlijke uitval, huurden ze nieuwe mensen in, velen relatief jong en onervaren, die meer open stonden voor het omarmen van geavanceerde technologie en meer geneigd waren om manieren voor te stellen om processen te stroomlijnen.

Na het zien van de onbeheerde-machining-voordelen van die eerste staafgevoede draaibank en het verbeelden van een tijd waarop lights-out machining realiteit zou worden, maakte Custom Tool in 2012 een substantiële investering, door een Y-as Okuma LB3000 EX Spaceturn met live-tooling, een subspindle en een Edge Technologies staafvoeder toe te voegen om complete machining voor sommige onderdelen mogelijk te maken. De zaak voegde een dergelijke machine in 2016 toe en een derde in januari 2019.

Dat gezegd, duurde het voordat de voordelen van lights-out machining geoogst werden. De zaak moest comfortabel raken met de nieuwe apparatuur en werken om potentiële overnachtbewerkingen te valideren. Vervolgens begon het taken te draaien voor steeds langere strekken in de avond tot de zaak volledig vertrouwde dat ze succesvol door de nacht konden draaien. Verschillende elementen werden overwogen bij het vaststellen van betrouwbare onbeheerde processen, en de zaak heeft een aantal lessen geleerd. Sommige van deze betreffen:

• Koelvloeistofsysteem. Onverwachte dalingen in koelvloeistofdruk of onderbroken koelvloeistofaflevering kunnen gereedschappen laten breken. Machines die overnachten draaien, vereisen meer onderhoud dan die die slechts één shift draaien. Dus, als een booster-pompfilter typisch elke paar dagen gecontroleerd wordt voor een machine die één shift draait, moet dat filter nu elke dag gecontroleerd worden. Daarnaast heeft Custom Tool’s tweede Y-as draaicentrum een controller die een signaal stuurt om de machine te stoppen als het een probleem met het koelvloeistofsysteem detecteert.
• Spaanband. Niet alle spaanbanden zijn hetzelfde. Custom Tool’s eerste Y-as draaicentrum heeft een conventionele eenheid, maar de tweede heeft een Hennig-eenheid met tanden op de band. De Young-broers zeggen dat deze band effectiever lange, draadige spaan verwijdert die algemeen geproduceerd worden bij het machineeren van aluminium, dus ze zijn geneigder aluminium-taken overnachten op deze machine te draaien versus de andere. Dit elimineert spaan “bird nesting,” wat kan interfereren met het onderdeelverzamelingssysteem.
• Onderdeelverzameling. Initieel diende de spaanhopper ook als onderdeelverzamelaar. Nu heeft elk draaicentrum een geïntegreerde onderdeelverzamelaar. De grootte van de verzamelaars moet in staat zijn om overnachtproductievolume te accommoderen. Als de capaciteit te klein is, wordt het aantal grote onderdelen dat overnachten geproduceerd kan worden, beperkt. Daarnaast komt koelvloeistof met elk verzameld onderdeel uit, dus er is een manier nodig om de koelvloeistof uit de onderdeelverzamelaar terug naar de machine’s sump te laten lopen.
• Staafvoeder. Als onderdelen voor een taak omvangrijk zijn, kan een staafvoeder’s capaciteit beperken hoeveel onderdelen overnachten gemachineerd kunnen worden. Aan de andere kant, als cycluszeiten erg snel zijn, is het mogelijk om alle geladen staafmateriaal te verbruiken, wat betekent dat iemand naar de zaak moet komen om het materiaal aan te vullen, zodat overnacht onderdeelproductie niet vermindert.
• Redundante tooling. Een brandstofkoppeling-onderdeel met twee typen draad, getoond, was de eerste taak die Custom Tool instelde om overnachten te draaien met redundante gereedschappen. Toen deze taak met een operator in de buurt liep, kon die operator zien wanneer een offset-wijziging nodig mocht zijn door gereedschapsslijtage. Echter, de zaak ontdekte dat het initieel die taak slechts vier uur lights-out kon draaien, omdat dat het moment was waarop offset-aanpassingen nodig waren voor de twee draadgereedschappen. Dit erkennend, begon de zaak redundante draadgereedschappen te gebruiken, roepende een gereedschapswissel aan bij een bepaald deelaantal net voordat gereedschapsslijtage een kwestie werd. Hoewel de zaak niet alle potentiële levensduur uit zijn draadgereedschapsinserts haalt, rechtvaardigt de extra tijd dat de machine onbeheerd kan draaien dit.
• Belastingmonitoring. Met spindelbelasting-monitoring-capaciteit, wanneer de belasting naar nul gaat, betekent dat een gereedschap gebroken is. Deelprogramma's worden geschreven zodat de machine op dat punt stopt in plaats van de taak door te laten lopen en het risico te lopen dat opeenvolgende gereedschappen breken.
• Meetcapaciteit. Het is fijn wanneer honderden onderdelen overnachten gemachineerd kunnen worden, maar die onbeheerde productie heeft veranderd wat sommige Custom Tool-werkvloermedewerkers doen om elke dag te beginnen. Tijd moet apart worden gezet voor onderdeelsegregatie, inspectie, machine-evaluatie en opstelling voor de volgende taak. Feitelijk werd onderdeelinspectie een knelpunt toen de zaak lights-out productie implementeerde. Om inspectieroutines te versnellen, voegde Custom Tool een Keyence IM-serie beeld-dimensie-meetsysteem toe, dat automatisch talloze externe onderdeelkenmerken op één of meer onderdelen opgesteld op het apparaat kan meten en registreren.

Productieloggen automatiseren

De productielog die Bob in 2011 implementeerde, onthult hoe productief de zaak’s negen CNC-machines en één robotlassecel per dag zijn door dagelijkse geplande werk voor elk te vergelijken met daadwerkelijk bereikte productie. Het onthult ook hoe effectief de zaak de beschikbare overnachturnen benut.

Het geautomatiseerde dataverzamelingssysteem verzamelt productie-informatie van machines elke 20 minuten. Het haalt ook taakgegevens op uit de ERP-software van de zaak. Rapporten kunnen dan worden aangemaakt om productielog-informatie grafischer te tonen. Foto: Custom Tool

Tot onlangs is al deze data handmatig verzameld. Elk uur loggen medewerkers deelaantallen per uur voor elke machine en voeren die waarden alsook machine-statuscodes in de productielog-spreadsheet in. De zaak streeft ernaar de waarden van codes 10 en 15 te maximaliseren, die productietijd tijdens de zaak’s enkele dagshift en onbeheerde productietijd overnachten vertegenwoordigen. Het vergelijken van deze waarden met verwachte dagelijkse productie onthult echte machinebenutting, zegt Bob. Andere codes, zoals die voor opstelling, herwerk en wachttijd voor materiaal, tooling of operator-aandacht, werpen licht op precies hoe lang het duurt om een taak te voltooien naast de daadwerkelijke bewerkingstijd.

Gemeenschappelijke variabelen zijn ingesteld om de status van elke taak bij te houden. Deelaantal wordt afgehandeld door G-code en neemt met één toe elke keer dat een onderdeelcyclus voltooid is. Andere variabelen vereisen operator-invoer. Deze omvatten run-target (de machine pauzeert wanneer het deelaantal die waarde bereikt), taaknummer (dit staat op de taakreisdocument) en productielog-code (dit toont wanneer productiestatus is veranderd).

De productielog helpt processen te identificeren die zich lenen voor lights-out operatie. Als een machine ingesteld om de hele nacht te draaien niet dicht bij de 15,5 beschikbare uren komt, dan kan het zijn dat deze taak niet goed geschikt is voor overnachtdraaien. Of, als één machine de hele nacht draait en een ander half de nacht, misschien zinvol om de taak die maar half de nacht draaide naar een andere machine te duwen en te vervangen door werk van de andere, langere draaiende machine om hogere benutting te bereiken. De productielog dient ook als een dagboek van zaken, omdat het gebruikt wordt om problemen te documenteren zoals gereedschapsbreuk of staafvoeder-storingen die ervoor zorgden dat machines tekortschoten ten opzichte van getargete productiewaarden.

De zaak blijft werken naar het scenario waarin niemand elk uur machines hoeft te bezoeken om data voor de productielog te verzamelen en in te voeren. Dit dankzij een geautomatiseerd dataverzamel- en rapportagesysteem dat Gillen ontwikkelt dat een web-gebaseerd, Industrial Internet of Things (IIoT)-platform gebruikt om data op te halen van machines die agents hebben voor het open-source MTConnect-communicatieprotocol alsook het bedrijf’s Jobboss enterprise resource planning (ERP)-software. Het platform is Devicewise for Factory van Telit, een bedrijf dat IIoT-modules, software en connectiviteitsservices en software aanbiedt.

Lights-out machining betekent dat veel onderdelen wachten op winkelmensen wanneer ze 's ochtends aankomen. Voor Custom Tool creëerde dit een inspectieknelpunt dat de zaak dreef om een beeld-dimensie-meetapparaat toe te voegen om onderdeelmeting voor kwaliteitspersoneel te versnellen.

Gillen zegt dat de voordelen van dit systeem zijn dat het interfaceert met een verscheidenheid aan controllers en geen aangepaste programmering nodig is voor dataverzameling. Het is geconfigureerd om automatisch alle data die eerder handmatig verzameld werd van de machine (deelaantal, machinecode en meer) alsook ERP-data (taaknummer, taakomschrijving, besteldatum, bestelhoeveelheid, leverdatum en meer) op te halen en op te slaan in de cloud. Data is toegankelijk via een web-dashboard. Rapporten kunnen dan worden aangemaakt om grafischer te tonen wat eerder beschikbaar was in de productielog-spreadsheet.

Het systeem verzamelt data elke 20 minuten sinds begin juni 2018 zonder een entry te missen voor een machine die draaide. Gillen zegt dat er veel goede machine-monitoringproducten beschikbaar zijn. Echter, zijn technische achtergrond bood de mogelijkheid om een in-house-oplossing te verkennen die de bedrijfsinformatie aanspreekt waar de zaak het meest geïnteresseerd in is. Hij voelt ook dat deze dataverzamelcapaciteit kan leiden tot nog geavanceerdere analytics, zoals het koppelen van snijtijd aan specifieke typen snijgereedschappen of inserts.