Como Fabricante de Punções e Matrizes Usa IIoT para Produção Just-In-Time de Lotes Curtos

A American Punch Co. (Euclid, Ohio), fornecedora de punções e matrizes para mercados de estampagem de bitola pesada como construção e bitola menor como automotiva, tem que se manter no ritmo de sua base de clientes. Isso significou mudar da produção de grande volume para usinar efetivamente lotes menores com tempos de turnaround mais curtos para atender ordens de entrega just-in-time exigidas pela implementação de estratégias lean de seus clientes. Como se esperaria, adaptar-se a estas demandas criou seu próprio conjunto de desafios, incluindo encontrar maneiras de manter custos baixos apesar do potencial para maior envolvimento de mão de obra.

Buscando Maneira de Mover para Lotes de Produção Mais Curtos

Enquanto as punções e matrizes de alta precisão da American Punch eram bem recebidas por seus clientes, seu processo de manufatura era voltado para práticas de produção padrão que produzem centenas de uma única peça, em vez dos lotes menores de cinco, 10 ou 20 peças cada vez mais demandados por clientes.

"Lotes curtos como estes requerem múltiplas configurações e atenção aumentada do operador da máquina o que, claro, adiciona tempo e custo de mão de obra às peças", diz o Sr. Cain. "Uma alternativa é fazer lotes mais longos e estocar os produtos acabados até o cliente querer. Embora estocamos um número de peças de alta rotatividade para certos clientes, adicionar muitas dessas peças de baixo volume amarra capital de giro adicional, requer mais espaço no chão e aumenta nosso trabalho em processo. Então, comecei a procurar maneiras de tornar esses lotes de baixo volume mais eficientes. Já estávamos usando um alimentador de barras automático para carregar material em nossas máquinas CNC, que funcionava bem para produção de alto volume mas não para os lotes curtos que nossos clientes queriam. Cada vez que mudávamos para uma nova peça significava chamar outro programa tanto no torno quanto no alimentador de barras."

Encontrando uma Solução na IMTS

O Sr. Cain tinha decidido que a solução ideal envolveria agrupar uma família de peças similares que tivessem uma variedade de comprimentos e características, e então rodá-las todas ao mesmo tempo com uma configuração. No entanto, ninguém com quem falou na feira conseguiu encontrar uma boa maneira de rodar múltiplas peças de material em barra em uma única configuração.

Então ele visitou o estande da LNS America Inc. e discutiu suas necessidades com o gerente de sistemas de software e controle Randy Lewis. Discutiram o sistema de comunicações ethernet e-Connect, que permite que o alimentador de barras e o controle CNC da máquina-ferramenta compartilhem dados.

Quando o e-Connect e o CNC da máquina-ferramenta "conversam" entre si, o primeiro pode olhar o cronograma de produção após a conclusão de uma corrida de peça para selecionar a próxima peça a ser produzida, então passar esses dados para o alimentador de barras. O alimentador de barras consulta sua biblioteca interna de peças que armazena todos os parâmetros do alimentador de barras para até 500 programas de peça, seleciona o programa que corresponde ao escolhido pelo cronograma mestre, então se ajusta automaticamente ao novo programa.

Esta era exatamente a solução que o Sr. Cain procurava. "Aprendi que estávamos no chão térreo deste tipo de compartilhamento de dados que agora está se tornando mais difundido", diz ele. Naquele momento, as máquinas do Sr. Cain não estavam prontas para compartilhar dados, então a LNS trabalhou com o fornecedor de máquina-ferramenta da American Punch e o fabricante de equipamento original para colocá-las em dia.

Colocando Conectividade de Máquina-Ferramenta para Trabalhar

Naquela aplicação, o sistema e-Connect residia no LNS Quick Load Servo 80 S2: um alimentador de barras servo-controlado, totalmente automático, de comprimento de fuso, totalmente elétrico, que carrega barras de 14 a 63 polegadas com diâmetros variando de ¼ a 3 1/8 polegadas. O operador de máquina da American Punch carregaria o alimentador de barras com barra de aço ferramenta de 1 ½ polegadas e rodaria um programa macro que permite que o controle do torno e o alimentador de barras mudem de uma família de peças para outra na hora.

Uma configuração típica incluiria carregar o material em barra de diâmetro apropriado para fazer várias quantidades de diferentes comprimentos de peças. Por exemplo, usaria barras de 1 ½ polegadas de diâmetro para produzir 50 peças medindo 2,500 polegadas de comprimento, 10 peças medindo 3,025 polegadas de comprimento, 75 peças medindo 3,500 polegadas de comprimento e assim por diante. As peças poderiam variar em forma, também. Esta configuração permitiu produção desassistida, até lights-out, em lotes curtos de peças.

Hoje, com quatro células de trabalho usando o sistema LNS e-Connect e alimentadores de barras, a American Punch roda mais de 300.000 peças por mês e está no processo de adicionar capacidade adicional para atender demandas dos clientes. A célula de trabalho mais nova consiste em um alimentador de barras LNS Quick Load Servo 80 S2 carregando material em barra em um centro de torneamento Doosan Puma 2100SY capaz de fresar, furar e rosquear. Além de interligar com o alimentador de barras LNS, o CNC da máquina também se comunica com um sistema programável de alta pressão para aplicar a quantidade precisa de refrigerante para cada operação de usinagem.

Redução de Desperdício de Material

Outro benefício do sistema e-Connect é redução de desperdício de material. Além de armazenar os parâmetros do alimentador de barras para cada um dos programas de peça, o e-Connect rastreia uso de material e comunica esta informação à máquina-ferramenta. O cronograma mestre olha a quantidade de material disponível e os comprimentos das peças na fila de produção para determinar se há material suficiente para rodar a quantidade requerida de uma peça particular. Se não há material suficiente para a corrida inteira, o sistema determina o comprimento de qualquer remanescente, chama a próxima peça no cronograma que cabe no estoque restante, e o torno e alimentador de barras se ajustam automaticamente para fazer a nova peça. Uma vez que a barra é usada, o alimentador de barras carrega a próxima barra e o sistema repete o processo até fazer todas as peças programadas.

"Estas células de trabalho fizeram uma melhoria significativa em nosso custo por peça através de operação desassistida e adicionando um turno noturno livre de mão de obra", diz o Sr. Cain, adicionando, "Não apenas resolvemos o problema de tempo de entrega, expandimos nossa capacidade para assumir trabalho adicional."