Fondations de précision : Le chef-d'œuvre de béton de 30 pieds de Metalex Manufacturing

Imaginez une fondation de machine-outil de 30 pieds de profondeur qui a consommé 450 chargements de camion de béton, créé un puits assez grand pour contenir le volume de trois piscines olympiques, et exigé le positionnement de 200 boulons de montage à un quart de pouce de l'emplacement spécifié. C'est la fondation que Metalex Manufacturing, un atelier de travail à la commande dans la banlieue de Blue Ash à Cincinnati, Ohio, a récemment construite à l'intérieur de son Centre pour la Fabrication Avancée de Grandes Pièces — une installation de 40 000 pi² à environnement contrôlé conçue pour abriter une machine-outil spécifique.

Cette machine, à installer au deuxième trimestre 2012, sera l'une des plus grandes de son genre en Amérique du Nord. Les dimensions clés de ce centre de tournage et fraisage vertical sont listées dans la légende sous la première illustration. Le constructeur, Pietro Carnaghi de Milan, Italie, n'a livré que deux autres machines de cette taille en Amérique du Nord.

Pour que cette machine-outil fonctionne avec succès, la fondation sur laquelle elle repose doit être exactement correcte. Il ne peut y avoir ni défauts ni compromis. Construire cette fondation massive n'était cependant qu'un des défis impliqués dans la création du Centre pour la Fabrication Avancée de Grandes Pièces. Bien que Metalex ait une expérience considérable avec des pièces extraordinairement grandes usinées sur des machines-outils extraordinairement grandes, l'échelle et la portée de cette initiative représentaient un saut énorme pour l'entreprise. Elle n'avait jamais tenté quelque chose de semblable. Pourtant, l'entreprise était confiante de pouvoir procéder car elle construisait sur d'autres « fondations » — une relation solide avec un partenaire technique et mentor ; une culture d'atelier proactive, can-do ; et une vision claire de croissance future et d'opportunités.

Voici un aperçu de chacune de ces « fondations » et pourquoi elles sont importantes.

Choisir un partenaire technique solide

Lorsque la planification de ce projet a commencé fin 2008, il est devenu clair très tôt que l'entreprise bénéficierait des conseils d'un partenaire technique et mentor externe. Metalex s'est naturellement tournée vers le Nuclear Operations Group (NOG), une unité d'affaires de Babcock & Wilcox, et l'un des clients clés incitant l'atelier à faire cette expansion radicale.

Babcock & Wilcox NOG se spécialise dans la conception et la fabrication de grands composants tels que composants nucléaires à parois épaisses et vaisseaux. L'une de ses principales usines est à Mount Vernon, Indiana, près d'Evansville. Sur ce site, l'entreprise usine ses plus grands composants, y compris des vaisseaux sous pression lourds. Le site a la capacité de fabriquer et d'usiner des vaisseaux pesant jusqu'à 1 000 tonnes finis. Babcock & Wilcox NOG était impatient de trouver un sous-traitant fiable pour gérer son travail de débordement dans ce domaine. En particulier, la firme cherchait un atelier à la commande pour correspondre à la capacité de son propre centre de tournage et fraisage vertical Pietro Carnaghi.

Comme il s'est avéré, le rôle de ce partenaire technique/mentor s'est avéré essentiel. L'entreprise a pu donner à Metalex des conseils sur chaque décision critique concernant la conception et la construction du centre, comme la finalisation des spécifications du bâtiment, le choix de la bonne machine et la guidance de son installation. Les deux entreprises ont envoyé des équipes dans l'installation de l'autre pour des consultations sur site plusieurs fois pendant le processus.

L'une des premières décisions pour Metalex était le choix de la machine. Connaître la taille des composants nucléaires susceptibles d'arriver était un point de départ. D'autres travaux qui pourraient être attirés par l'installation prévue incluent les hélices marines et les carters de turbine pour la production d'énergie. Finalement, il a été déterminé qu'un duplicata presque exact de la machine de NOG à Mount Vernon était le meilleur choix pour l'installation de Blue Ash.

Cependant, la décision finale n'a pas été prise avant la fin des visites à l'usine Carnaghi en Italie. Metalex s'est appuyée sur l'expertise de ce constructeur en plus de celle de son mentor américain. Cette contribution était essentielle. Par exemple, un ingénieur architecte certifié Carnaghi a dû signer tous les détails concernant la conception et la construction de la fondation de la machine.

La machine sélectionnée est un Modèle AP72TMY-6500. Ce n'est qu'après avoir choisi un modèle que l'atelier a pu déterminer les dimensions et caractéristiques du bâtiment pour l'abriter, dit Randy Black, l'ingénieur Metalex qui a dirigé le processus de sélection de la machine. Par exemple, avec le ram d'axe Z entièrement étendu, la machine atteint 55 pieds du sol. En plus de cela, l'espace alloué devait accommoder une grue pont de 150 tonnes. Ces et d'autres considérations ont conduit l'entreprise à spécifier un plafond de 65 pieds de haut couvrant une surface d'environ deux tiers la taille d'un terrain de football. Cette structure, achevée début 2011, est à environnement contrôlé, avec un système CVC conçu pour maintenir une température de ±1°C du sol au plafond. Comme vu sur la photo de la page opposée, elle n'a ni fenêtres ni puits de lumière.

Babcock & Wilcox NOG a également été instrumental pour aider Metalex à déterminer ses besoins initiaux en montages, outillage et programmation CNC. Essentiellement, l'atelier a choisi de correspondre à ceux de son mentor. La firme de l'Indiana a aussi conseillé à Metalex de spécifier une course supplémentaire sur l'axe Y de la machine pour que les pièces sur la table puissent être éloignées de la zone de travail pour un accès facile par la grue pont. D'autres insights de NOG impliquaient des stratégies pour le déploiement d'outils vivants, la sélection de têtes interchangeables pour le ram (neuf têtes commandées, dont une conçue pour le fraisage 5 axes) et des fonctions de sécurité comme la batterie de secours pour les systèmes qui maintiennent le palier hydrostatique sous la table.

Penser comme sur un sous-marin

Clairement, Metalex pense grand — grosses pièces, grosses machines, grandes idées. C'est possible parce que Metalex est une entreprise bien ancrée. C'est-à-dire qu'elle a une culture d'atelier fermement établie qui nourrit un esprit proactif, autonome à tous les niveaux. Même ainsi, le Centre pour la Fabrication Avancée de Grandes Pièces représente un saut énorme qui met cette culture à l'épreuve. Il exige une attention accrue aux détails, un sens accru de la sécurité et des meilleures pratiques, une maîtrise plus profonde des complexités techniques et un travail d'équipe plus étroit que jamais.

Il est difficile de définir la culture dans un atelier. Cependant, l'examen de deux indicateurs servira à montrer que la culture chez Metalex est « bien ancrée ». Ironiquement, l'un de ces indicateurs est symbolisé par un sous-marin. L'autre est le modèle d'affaires de l'entreprise, « Interaction Sans Frontières ».

L'organigramme de Metalex est représenté comme un sous-marin pour souligner l'idée générale que les employés doivent compter les uns sur les autres comme des marins sur un navire sous des centaines de pieds d'eau. Joe Ramsey, responsable support atelier, explique que les équipes de travail doivent être autodirigées et mutuellement responsables. « Les marins sur un sous-marin ne peuvent pas compter sur l'aide de la surface pour maintenir les fonctions essentielles. De même, les équipes d'employés chez Metalex ne dépendent pas de la supervision ou du micro-management d'en haut pour faire leur travail », dit-il.

Bien sûr, ce graphique est plus qu'une simple image mémorable. En fait, c'est une représentation détaillée de la structure interne de l'entreprise qui identifie les équipes de travail, décrit leurs responsabilités et schématise leurs interactions. La familiarité avec ce graphique est un composant fondamental de la formation des employés chez Metalex, et le graphique est affiché dans de nombreux endroits visibles de l'atelier.

L'autre indicateur hautement représentatif de la culture d'atelier est résumé par l'expression « Interaction Sans Frontières ». Le concept large derrière cette phrase est que tous les employés de Metalex sont habilités à interagir directement avec d'autres employés qui affectent, ou sont affectés par, leurs activités. Cela reflète la nature plate de la structure de gestion de l'entreprise. Elle évite les hiérarchies strictes qui entravent la circulation de l'information importante, des suggestions d'amélioration et des préoccupations qualité. « Tout le monde a une voix », dit M. Ramsey.

Ce principe est soutenu par un ensemble détaillé de politiques et pratiques spécifiques. Des affichages proéminents renforçant ce principe et son application sont situés partout dans l'atelier.

Avec cette culture d'atelier comme fondation, s'attaquer au projet du Centre pour la Fabrication Avancée de Grandes Pièces n'était pas susceptible de créer des défis que l'entreprise n'était pas préparée à rencontrer. En fait, le consensus est que ce projet a validé et renforcé cet aspect de la force de l'entreprise.

Une fondation solide prend forme

La fondation en béton pour le centre de tournage et fraisage vertical Carnaghi a été installée pendant l'été 2011. Cela a couronné des mois de préparation et planification préalables. En plus de certains faits de base sur la fondation déjà donnés, il faut noter que le succès de cette phase du projet exemplifie l'importance d'avoir à la fois une relation solide avec un partenaire technique/mentor et une forte culture d'entreprise.

Par exemple, Rob McCabe, responsable maintenance de Metalex, a travaillé en étroite collaboration avec son homologue chez Babcock & Wilcox NOG pour bénéficier de l'expérience de cette entreprise avec l'installation d'une fondation tout aussi massive. Parmi les « leçons apprises » figuraient des détails sur l'emplacement optimal des barres d'armature en acier, les dispositions appropriées pour un circuit de mise à la terre électrique, la valeur de redondances pour chaque système essentiel impliqué dans le processus de coulée de béton (une fois commencé, chaque « coulée » ne pouvait être interrompue sans dégrader l'intégrité du matériau), et des listes de contrôle pour surveiller la performance des entrepreneurs de construction. M. McCabe, qui était en charge de cette installation, crédite une telle surveillance pour avoir pratiquement rendu cette partie critique du projet à l'épreuve des erreurs.

Les traits clés de la culture d'entreprise de Metalex sont également venus au premier plan à ce moment. La coordination réussie de la logistique complexe impliquée dans l'installation de cette fondation dépendait d'une bonne communication et travail d'équipe, dit Brian Lawson, responsable achats chez Metalex. « Parfois, nos processus de prise de décision devaient être non conventionnels », dit-il. Par exemple, les entrepreneurs étaient choisis lors de sessions de suivi après des entretiens dos à dos. Ainsi, l'équipe Metalex pouvait être sûre de poser les bonnes questions et d'évaluer les réponses pendant que les commentaires des entretiens d'entrepreneurs étaient frais en mémoire.

Et aucune décision ne reposait sur des suppositions. « Chaque employé chez Metalex est entraîné sur cette injonction : Ne cachez pas ce que vous ne savez pas — apprenez ce que vous ne savez pas », explique M. Lawson. « Nous avons posé beaucoup de questions à chaque étape. »

La prochaine génération

Sue et Werner Kummerle, les fondateurs de Metalex, sont le genre de dirigeants d'entreprise qui projettent une vision claire de là où l'entreprise se dirige. Sous leur direction, la « nouvelle génération » de cette entreprise émerge, et elle est façonnée par au moins trois influences majeures. L'une est évidemment l'accent sur la fabrication de grandes pièces, manifesté dans le Centre pour la Fabrication Avancée de Grandes Pièces. Cependant, d'autres influences s'ajoutant à l'élan derrière ce développement sont l'autonomisation des employés par le modèle d'affaires Interaction Sans Frontières et un programme d'apprentissage interne continu. Les Kummerle considèrent les trois essentiels pour créer la fondation sur laquelle la croissance et la prospérité futures de l'entreprise seront soutenues.

Comme étape dans cette direction, créer le Centre pour la Fabrication Avancée de Grandes Pièces a certainement été un mouvement à la fois audacieux, stimulant et non sans risque. Pourtant, cette étape était en accord avec l'histoire et la tradition de l'entreprise.

Quand les Kummerle ont fondé Metalex en 1971, ils l'ont situé dans ce qui était alors une zone plutôt reculée à environ 15 miles directement au nord du centre-ville de Cincinnati. Ils voulaient de la place pour grandir. Après avoir rapidement établi une réputation pour l'usinage de précision de pièces complexes dans des matériaux difficiles, l'entreprise l'a fait. Elle a ajouté des clients dans les industries automobile, défense et aérospatiale. L'espace de fabrication a été agrandi plusieurs fois. Entre-temps, la zone environnante a aussi prospéré, devenant l'une des banlieues à croissance la plus rapide du grand Cincinnati pendant les années 1980 et 1990.

Pendant ce temps, l'atelier a commencé à se concentrer sur l'usinage de grandes pièces, et a acquis des machines-outils de capacité de plus en plus grande. Aujourd'hui, Metalex abrite un certain nombre de ressources d'usinage inhabituellement grandes. Exemples notables : un WFL120 Millturn, un centre d'usinage titane 5 axes Makino T4, un centre d'usinage horizontal 5 axes StarragHeckert STC-1600, un centre de fraisage/tournage universel Deckel Maho DMC FD 340 et une rectifieuse à rouleaux WaldrichSiegen.

Avec des capacités prouvées en usinage de grandes pièces, Metalex était souvent approchée pour fournir des devis sur les grandes pièces des clients. Une leçon clé que l'atelier a apprise en ajoutant de la capacité pour répondre à ces demandes est que gérer avec succès le plus grand travail d'un client menait probablement à des contrats récurrents pour des travaux plus petits du même client. Ce fait suggérait une stratégie de croissance. Aller après des pièces vraiment grosses aiderait à garder le reste de l'atelier bien chargé aussi.

Cette tendance a culminé dans la décision de créer une installation pour usiner des travaux trop grands et lourds pour la plupart des autres ateliers. La machine Carnaghi est prévue pour être opérationnelle au troisième trimestre 2012. Le bâtiment a assez d'espace pour une seconde grande aléseuse de type portique ou au sol. Cela signifie qu'il y a encore de la place pour grandir. En fait, la vision de Metalex de son futur inclut une addition de seconde phase au Centre pour la Fabrication Avancée de Grandes Pièces, et l'entreprise a eu l'insight de planifier cette addition tôt dans le processus. Par exemple, les semelles et utilités du bâtiment ont été construites pour accommoder un doublement de sa taille.

En attendant, le côté humain de l'intégration de cette machine dans le flux de travail et les routines quotidiennes de l'atelier est en cours. Les préparations ont inclus un réengagement envers le modèle d'affaires Interaction Sans Frontières dans toute l'entreprise. Développé sur plusieurs années avec le soutien et l'apport de nombreux employés Metalex, ce modèle établit un degré de dépendance mutuelle qui exige que tout le monde travaille en équipe. « C'est basé sur le respect des contributions des autres alors qu'ils parcourent une mission partagée d'être leur meilleur et de faire leur mieux pour les clients », dit M. Kummerle.

Une autre priorité à l'échelle de l'entreprise est de préparer la prochaine génération de membres de l'équipe Metalex pour s'assurer qu'ils ont les compétences et talents requis d'une entreprise à la pointe de la technologie. Un programme d'apprentissage interne simplement appelé « apprendre en faisant » permet aux membres expérimentés de la main-d'œuvre de transmettre leurs connaissances et expérience. M. Kummerle souligne l'importance de cet investissement en formation technique/culturelle. Aucune entreprise ne peut grandir en toute sécurité à moins qu'elle ne grandisse aussi plus forte, dit-il.

Un ancrage ferme

Parmi les décideurs, leaders communautaires et citoyens ordinaires, il y a une prise de conscience croissante que la fabrication est la fondation d'une économie forte. Moins bien compris est le rôle des ateliers entrepreneuriaux et fabricants sous contrat dans le soutien et le maintien de cette fondation. En regardant plus profondément, les meilleures de ces entreprises comprennent l'importance sous-jacente d'une main-d'œuvre bien formée et motivée.

Bien que Metalex ait suivi un parcours que peu d'ateliers à la commande peuvent choisir, son expérience est pertinente. Elle montre que les sauts audacieux ne sont possibles que lorsqu'ils commencent avec un ancrage ferme.