Aztalan Engineering : Pionnier de l'automatisation dans les opérations machine-outil

L'automatisation machine-outil n'est pas une nouvelle idée chez Aztalan Engineering à Lake Mills, Wisconsin. Pour ce fabricant sous contrat, utiliser l'automatisation pour charger et décharger les pièces est une pratique établie. Dans les années 1990, l'entreprise a repris la production d'un ensemble de composants d'un autre atelier, achetant et installant les deux tours CNC chargées par robot que cet atelier précédent utilisait. La cellule délivre une haute productivité à ce jour.

Pourtant, l'expérience avec ces robots ne signifiait pas que le troisième tour ajouté à cette cellule aurait son propre robot. Quand une demande croissante pour ces composants a justifié un nouveau processus impliquant un tour additionnel, Aztalan a surveillé de près pour voir si le chargement manuel de ce tour additionnel suffisait à suivre le rythme. C'était le cas pour un moment. Mais quand la demande a été prévue pour augmenter davantage, il est devenu clair qu'un nouveau robot était nécessaire pour la machine la plus récente. Par conséquent, un robot FANUC M10iA a maintenant été ajouté à ce tour Okuma LB 2000. Ainsi, cette cellule chez Aztalan inclut maintenant à la fois des robots et des tours séparés en âge de près de 20 ans.

La cellule est l'un de divers exemples d'automatisation machine-outil chez cette entreprise. L'étendue à laquelle Aztalan utilise l'automatisation est instructive pour diverses raisons. Premièrement, elle illustre la variété d'options d'automatisation qui pourraient avoir du sens dans un environnement d'usinage sous contrat. Mais deuxièmement, et peut-être plus significativement, l'expérience d'Aztalan fournit une illustration de pourquoi ne pas se laisser influencer par le défi d'adopter l'automatisation. Aztalan fait face à ce défi elle-même. L'entreprise avance rapidement, et augmenter la capacité par l'automatisation est souvent la meilleure façon de répondre aux demandes de production. Mais même ainsi, dit Kirk Kussman, directeur commercial et marketing, les technologies d'automatisation tendent à faire face à des obstacles supplémentaires quand il s'agit de gagner la justification. Comme il le dit, « C'est toujours dur d'acheter une machine qui ne fait pas directement de copeaux. »

Composant ce défi est la gamme de possibilités d'automatisation. Réussir avec un type d'automatisation ne révèle pas la valeur d'autres approches. Par exemple, le succès avec les tours chargés par robot n'a pas suffi à montrer à l'entreprise la meilleure façon d'automatiser un certain processus d'usinage de collecteur. Ici, la meilleure solution n'était pas un robot, mais un système de palettes flexible Fastems en conjonction avec un centre d'usinage horizontal. Plutôt que d'arriver à cette solution seule, M. Kussman dit qu'Aztalan l'a adoptée après que son fournisseur machine-outil, Morris Midwest, a fait valoir qu'il y avait un moyen rentable d'automatiser la production de ce numéro de pièce aussi.

Construire la notoriété

Une partie de la raison pour laquelle Aztalan avance rapidement aujourd'hui est la décision délibérée de l'entreprise de le faire. Il y a environ 4 ans, l'entreprise a lancé un effort commercial et marketing visant à augmenter son volume d'affaires. L'entreprise avait peu de notoriété de marque à l'époque, mais est maintenant plus largement reconnue, particulièrement par les fabricants de technologie médicale — le secteur représentant la plus grande part de l'activité de l'atelier. Dans ce domaine aujourd'hui, dit M. Kussman, Aztalan obtient régulièrement de soumissionner sur des appels d'offres majeurs. L'entreprise a aussi réussi à gagner la confiance des bureaux d'études, un avantage qui permet à l'entreprise d'être impliquée dans le développement de nouveaux produits en consultant sur leur fabricabilité.

Tout cela a conduit à une activité accrue. L'entreprise a répondu en partie en s'agrandissant, le PDG Jim Brey ayant lui-même conçu l'extension qui a plus que doublé l'espace de production quand elle a ouvert il y a deux ans. L'entreprise a aussi augmenté son personnel, tout en appliquant l'automatisation pour augmenter la valeur que les membres du personnel peuvent délivrer.

Un tour à double broche chargé par gantry Okuma LFS est un autre exemple d'automatisation qui fonctionne bien dans l'environnement de cette entreprise. Alors qu'Aztalan est un atelier sous contrat (signifiant que beaucoup de son travail vient d'accords à long terme), il doit encore être aussi réactif qu'un atelier à la commande pour répondre aux exigences souvent fluides de quantité et livraison des clients. La machine LFS, qui présente deux broches de tournage face vers l'avant, a été précieuse pour l'usinage à haut volume d'une pièce automobile. Le gantry en hauteur ne charge et ne décharge pas seulement la pièce, mais la passe aussi entre les broches pour l'usinage face A et face B, gardant plusieurs pièces en travail à tout moment. Plus récemment, l'atelier a assigné un second numéro de pièce à cette machine, et prépare des mors de mandrin et pinces pour une famille de quatre pièces à y assigner aussi. Bien que le tour double broche chargé par gantry soit une ressource de haute productivité efficace, c'est encore une machine CNC avec la flexibilité que cela implique — permettant des transitions rapides entre différents numéros de pièce selon les besoins.

Remplir le temps

Quelque chose de similaire pourrait être dit du centre d'usinage horizontal, aussi d'Okuma, qui est servi par le système de palettes de Fastems. Des dix palettes de ce système, cinq sont configurées pour faire tourner une pièce particulière — un collecteur usiné en aluminium massif. Sur chacune de ces cinq palettes, le tombeau tient huit pièces en aluminium, quatre blocs pour l'usinage face A et quatre pièces partiellement usinées pour l'usinage face B. Les palettes restantes sont disponibles pour des séries de production d'autres pièces pendant les pauses dans la production de ces collecteurs, livrés à un taux d'environ 15 000 par an.

Aztalan pourrait produire cette pièce efficacement en utilisant un HMC indépendant. Même avec huit pièces par tombeau, charger un jeu de pièces à la main sur une palette à l'HMC pendant que le jeu actuel tourne sur l'autre palette pourrait essentiellement éliminer le temps de mise en place. Cependant, l'étape au-delà de la production HMC est quelque chose comme le système Fastems. Ce que cette automatisation ajoute à l'HMC déjà efficace est le temps autrement perdu quand aucun employé n'est présent. Apparemment, ce n'est pas beaucoup de temps. Avec deux quarts de 10 heures, Aztalan capture 20 heures de chaque jour ouvrable. Et pourtant, l'usinage sans surveillance avec le système de palettes augmente la capacité de cet HMC dramatiquement. En semaine, le système de palettes maintient la machine en marche pendant les 4 heures restantes. Le week-end, il permet 6 heures de production supplémentaires. Ces 26 heures supplémentaires d'usinage augmentent la sortie de l'HMC de plus de 20 pour cent.

Même quand le personnel est présent, en fait, la machine équipée du système de palettes fonctionne essentiellement sans surveillance. Typiquement, l'opérateur a jusqu'à 6 heures pour s'éloigner et s'occuper d'autres machines avant de revenir pour décharger les pièces finies et charger de nouvelles.

Suivre le rythme

Ces tours chargés par robot — les machines avec lesquelles l'utilisation de l'automatisation par Aztalan a commencé — fabriquent des composants pour un système d'administration de médicaments. L'automatisation dans cette cellule, qui inclut maintenant le robot ajouté au tour le plus récent, libère l'opérateur de la cellule pour effectuer la tâche vitale d'inspection des pièces finies. Les tolérances dimensionnelles des composants d'accouplement usinés dans cette cellule sont exigeantes, avec des caractéristiques incluant même la convexité ou concavité globale (selon la pièce) de 5 microns.

Aztalan a investi dans la technologie de mesure pour que l'inspection requise pour ces pièces puisse suivre l'usinage automatisé. Un système de mesure de forme Tropel de Corning utilise la métrologie laser pour cartographier les pièces finies. L'appareil représente un niveau de technologie d'inspection rarement vu dans un environnement d'usinage sous contrat.

Et cela suggère le prochain niveau de défi que l'automatisation apporte typiquement. Les systèmes de production automatisés sont souvent si productifs que maintenir le flux de travail nécessite des systèmes réactifs avant et après l'usinage. La mesure efficace répond à la demande de vitesse après usinage. Pendant ce temps, M. Kussman dit qu'investir dans le logiciel Exact JobBoss — pas seulement l'acheter, mais aussi prendre le temps d'en exploiter toutes les capacités — a été essentiel pour organiser le travail avant usinage et le mettre en place pour la production plus efficacement.

Rendre le processus encore plus réactif avant usinage est le défi principal de l'atelier maintenant, dit-il. L'entreprise cherche des moyens d'étendre sa capacité de programmation CNC pour suivre le flux de travail encore accéléré. La programmation à pied de machine fera partie de la solution, dit-il. Il y a du talent sur le terrain, et pas chaque travail a besoin d'être programmé en ingénierie. De plus, l'entreprise apprendra à compter davantage sur l'automatisation dans le logiciel FAO pour générer automatiquement les parcours d'outils routiniers — mais ce n'est pas facile, dit-il. Compréhensiblement, les programmeurs veulent s'assurer que chaque caractéristique critique d'une pièce à haute valeur est programmée correctement. En résultat, ils préfèrent superviser chaque étape de programmation directement. Ainsi, c'est une chose d'éteindre les lumières sur un processus d'usinage, parce qu'il est possible de regarder le robot et la machine-outil en action avant que les lumières s'éteignent. Mais éteindre les lumières dans la programmation est une autre affaire, parce que le logiciel n'offre pas de moyen similaire de regarder à l'intérieur. Par conséquent, adopter l'automatisation FAO impliquera une confiance encore plus grande que le chargement automatisé de pièces. La machine-outil, il s'avère, est l'une des parties les plus faciles du processus à automatiser.