Hirsh Precision: Confiando em Sistemas Avançados para Excelência em Manufatura

Na Hirsh Precision Products, a cultura baseia-se em conduzir negócios com integridade e valores fundamentais de confiança, confiança e compromisso

De um simples pino de posicionamento a um manifold de fluido complexo, toda peça manufaturada começa como uma ideia. Uma oficina do Colorado traz os conceitos de seus clientes à realidade misturando tecnologia de manufatura avançada e cuidadoso gerenciamento de processo e dados com uma cultura empresarial focada em equipe e quase 40 anos de experiência.

O maquinista Steve Hirsh fundou a Hirsh Precision Products Inc. em Boulder, CO, em 1979. Com um único fresadora Bridgeport, Hirsh usinava pequenas séries de produção e componentes de ferramentas e fixação para uma variedade de clientes. Seu irmão Mike juntou-se à empresa, e a oficina adicionou um torno Okuma LC-10 e uma fresadora vertical CNC Wells Index com troca manual de ferramentas.

À medida que o negócio crescia, a oficina mudou-se para a instalação de um de seus clientes, um fabricante de ferramentas especializadas automotivas que permanece cliente após 38 anos. Em 1993, a Hirsh Precision Products construiu seu próprio prédio de 24.000 pés² (2.230 m²). Hoje a empresa tem aproximadamente 70 funcionários que trabalham em dois turnos, cinco dias por semana. Cerca de dois terços da produção da oficina é relacionada à indústria médica, a maior parte envolvendo dispositivos como componentes para equipamentos de processamento de sangue.

Qualidade do Produto, Caráter da Equipe

Ao longo de sua história, o lema orientador da Hirsh Precision Products tem sido "Trabalho de Qualidade Entregue no Prazo". Agora diretor de engenharia da empresa, Steve Hirsh disse: "Trabalho de alta qualidade é o resultado de conduzir negócios com integridade e a base da cultura da nossa empresa."

De acordo com Hirsh, a empresa foca em melhoria contínua, aprendizado e confiança entre seus membros da equipe. O relacionamento da Hirsh Precision Products com seus membros da equipe pode ser chamado de único.

A filosofia de contratação da empresa visa assegurar que haja um bom ajuste tanto para a empresa quanto para o membro da equipe. A ênfase está em personalidade, integridade e aptidão sobre nível inicial de habilidade. "Você não pode ensinar caráter básico ou como chegar na hora ou assumir erros", disse Hirsh. Se um funcionário é apaixonado, interessado e curioso, habilidades técnicas podem ser ensinadas, ele adicionou.

Prova da cultura positiva da empresa é o número de famílias que têm múltiplos membros no local de trabalho. Hirsh disse: "Conto aproximadamente 13 famílias diferentes com mais de um membro trabalhando aqui. Em alguns casos, há três ou quatro da mesma família." De fato, a equipe inclui três membros da família Hirsh: Steve, CEO Mike, e CFO Kent.

Academia de Treinamento

A ênfase da empresa em aprendizado contínuo cresceu ao longo do tempo. Nos primeiros dias, o treinamento consistia em coaching em tempo real na máquina. Documentação de etapas de processo e setups foram adicionados para reduzir tempos de setup e garantir repetibilidade. Outras iniciativas de treinamento foram realizadas ao longo dos anos, incluindo contratação de um instrutor local de ofícios de máquinas para treinar funcionários no local. No ano passado, a empresa contratou um gerente de treinamento e desenvolvimento para documentar e rastrear formalmente o treinamento.

Todos os esforços de treinamento agora são agrupados sob um guarda-chuva chamado Hirsh Training Academy. O programa oferece um currículo padronizado e escalável que os funcionários podem acessar no trabalho ou em casa. Elementos básicos incluem materiais de orientação, segurança e habilidades de medição.

Novos cursos são adicionados continuamente e o sistema também ajuda a rastrear cursos de treinamento externos, como os fornecidos pela NTMA (National Tooling and Machining Association). Todo membro da equipe é um membro da Hirsh Training Academy e pode determinar uma direção de aprendizado alinhada com seu caminho de carreira. Membros da equipe se reúnem com supervisores anualmente para explorar suas próprias áreas de interesse, identificar tópicos de treinamento, definir metas e revisar o progresso do ano anterior.

Investindo em Tecnologia

Desde sua fundação, a Hirsh Precision Products tem investido continuamente em tecnologia de manufatura avançada. "Tentamos entender qual é o retorno em certas novas funções ou recursos e ter certeza de aproveitar essas inovações de forma inteligente", disse o COO Peter Doyle.

Hoje, a empresa tem 22 máquinas-ferramenta CNC, distribuídas quase igualmente entre fresadoras e tornos. Existem seis células de produção com três ou quatro máquinas por célula. Máquinas de cinco eixos são proeminentes, usadas para posicionamento que permite usinagem one-and-done.

A precisão de posicionamento é crítica na manufatura médica para manter registro de peça, tolerâncias e inter-relacionamentos de características. A oficina faz peças variando em tamanho de componentes torneados de 1 mm até itens tão grandes quanto 3", mas "80% do nosso trabalho cabe na palma da sua mão", disse Hirsh. Operações secundárias, com exceção de revestimento, são realizadas internamente. Materiais de peça variam de plásticos de grau médico a aços inoxidáveis tratáveis termicamente.

Volumes de produção geralmente não são grandes. "Anualmente, podemos fazer 100 de algo ou até 10.000 de outra coisa. Um tamanho de lote típico pode ser em torno de 200 peças", disse Hirsh.

Evolução da Automação

A Hirsh Precision Products sempre buscou maneiras de automatizar seus processos. Por exemplo, mesmo em seus primeiros cinco anos, a empresa investiu em robôs pneumáticos para carregar tornos de cabeçote móvel. Após a oficina adquirir sua primeira fresadora com troca de pallets, a gerência reconheceu a flexibilidade e produtividade fornecidas pela troca de pallets e decidiu que toda fresadora futura seria equipada dessa forma.

A primeira incursão da oficina em tecnologia FMS (sistemas de manufatura flexíveis) foi com um FMA Tsugami de quatro eixos, 12 pallets, e sua primeira máquina de cinco eixos empregando conceitos FMS foi uma DMG Mori com trocador de pallets de dez estações.

Buscando expandir suas aplicações FMS, a empresa investigou opções disponíveis em sistemas FMS multi-máquina. "Vamos à IMTS a cada dois anos como uma equipe para nos mantermos a par de tecnologia relevante para nossos clientes e suas peças", disse Hirsh. Após pesquisa pré-show completa, na IMTS 2016 a empresa comprou um sistema FMS consistindo de um centro de usinagem vertical CNC de cinco eixos estilo trunnion Okuma MU-4000, com envelope de trabalho X-Y-Z de 740 mm x 460 mm x 460 mm, servido por um sistema de manufatura modelo MDR-750 FMS ONE do fornecedor FMS Fastems LLC.

A oficina desde então adquiriu e instalou uma segunda fresadora MU-4000 no sistema Fastems, que tem 36 pallets de 400 mm de diâmetro, três níveis de armazenamento de pallets e uma estação de carregamento LSC. O sistema é expansível para lidar com cinco máquinas-ferramenta e 120 pallets dentro da instalação atual.

O Manufacturing Management Software (MMS) da Fastems é a base operacional do sistema. O MMS toma decisões de priorização de produção baseadas na disponibilidade de pessoal, ferramentas, tempo de máquina e matéria-prima. Ele cria um cronograma, move pallets de e para as prateleiras de pallets, e direciona a usinagem de peças autonomamente.

"Comunicamos a data de vencimento e a quantidade necessária", disse Doyle, "então o MMS pode 'jogar xadrez', olhar o trabalho agendado e criar um plano que atenderá as datas de entrega, aproveitará os recursos disponíveis e maximizará o tempo de fuso. Isso levou a excelente utilização do fuso."

A oficina insere seus cronogramas de pessoal e o sistema recupera peças acabadas quando membros da equipe estão disponíveis para descarregá-las. "Operar o sistema Fastems destacou para nossa equipe a importância de manter os fusos rodando. Nosso trabalho é organizar quaisquer pré-requisitos necessários, como fixação", disse Doyle.

O sistema de múltiplos pallets é uma boa combinação com a natureza repetitiva da maioria das peças da Hirsh. "Setups são uma das maiores variáveis para nós", disse Hirsh. A oficina pode praticamente eliminar tempos de setup deixando a fixação intacta nos pallets. "Com 36 pallets, podemos deixar trabalhos configurados. Trocar pallets nos permite minimizar prazos de entrega enquanto maximizamos a utilização", disse Hirsh. Em um estudo que a oficina realizou em três processos típicos de fabricação de peças, horas de setup foram reduzidas em 72%, 54% e 92% com uma redução média de 73%.

Hirsh enfatizou a importância de entender completamente as capacidades do sistema. "A Fastems nos disse que o sistema não é simplesmente um trocador de pallets grande e sofisticado. Eles nos instaram a confiar no sistema, inserir nossos trabalhos e deixar o sistema agendar o trabalho e determinar quando as peças vão rodar."

Máximo Retorno para o Investimento

Disse Doyle: "Se vamos ao esforço de comprar a tecnologia, queremos tirar o máximo proveito dela!" Consequentemente, a Hirsh Precision Products organizou uma equipe dedicada Fastems e deu a ela o desafio de descobrir tudo que o sistema FMS pode fazer.

Talvez o mais importante para a oficina, o sistema FMS permite operação sem supervisão à noite, fins de semana e feriados. "O objetivo é rodar os fusos 24 horas por dia", disse Hirsh.

Fixação de trabalho paletizada também permite densidade de peça aumentada. "Isso nos ajuda na produção sem supervisão", disse Doyle. "Trabalhando com um ciclo de cinco minutos, 36 pallets não durariam muito. Mas se você tem ciclos de uma ou duas horas, então você pode passar noites e fins de semana. O sistema Fastems permite utilização total do tempo não supervisionado. Em vez de ter alguém lá a cada 15 minutos, podemos deixar o sistema rodar durante a noite e trocamos as peças no dia seguinte."

Ele continuou: "Podemos sequenciar produção para pedidos de muitos clientes em paralelo, em vez de produzi-los de forma serial. Para uma peça exigindo 100 peças entregues todo mês, podemos rodar 25 por semana, o que dá cerca de cinco por dia. Podemos ter um trabalho aparecer na estação de carregamento uma vez por dia, em vez de rodar 100 peças de apenas aquele item antes de passar para a próxima peça." Integração de gerenciamento de pallets através de múltiplas máquinas também permite uma peça rodar em mais de uma máquina.

Uma peça que exigia posicionamento de cinco eixos para usinar todas as suas características era anteriormente processada one-up em uma fresadora de cinco eixos Brother. O envelope de trabalho era apenas grande o suficiente para processar uma peça por vez. "Com o sistema Fastems, usinamos a peça em máquinas-ferramenta maiores e podemos ter 18 das peças em um pallet em processo ao mesmo tempo", disse Hirsh.

A peça, cerca de 60 mm quadrados, é usinada em três sequências, com seis peças em cada sequência no mesmo pallet. A primeira sequência envolve usinar uma cauda de andorinha em um bruto. Sequência dois cobre usinagem de cinco lados da peça. Na sequência três, a cauda de andorinha é usinada fora e a peça é finalizada. Cada ciclo resulta em seis peças acabadas. Hirsh disse: "Em vez de agrupar o trabalho, somos capazes de fazer as peças fluírem conforme atendem nosso cronograma de produção."

Dois grandes desafios na aplicação da tecnologia FMS Fastems pela Hirsh Precision Products envolvem gerenciamento de ferramentas e compatibilidade com sistema ERP (Enterprise Resource Planning).

As características de baixo volume, alta mistura, tolerância apertada do trabalho da oficina requerem utilização de uma grande variedade de ferramentas de corte. Quando a Hirsh Precision Products instalou inicialmente o sistema Fastems com as duas fresadoras Okuma VMC, não era financeiramente viável para a oficina incluir o recurso de gerenciamento de ferramentas do sistema. Atualmente, cada máquina Okuma armazena 166 ferramentas e capacidade de ferramentas não é uma restrição ainda.

No entanto, como a oficina pretende expandir o sistema para incluir um total de cinco centros de usinagem, ela está desenvolvendo seu próprio sistema para mover ferramentas para dentro e fora das máquinas quando 166 ferramentas não são suficientes para a mistura de peças produzidas em cada máquina. "Quando o FMS tem mais trabalhos do que podem ser acomodados por potes de ferramentas disponíveis, moveremos ferramentas para dentro e fora da matriz de ferramentas de forma automatizada. À prova de erros nesse movimento de ferramentas está no nosso horizonte", disse Doyle.

Outro problema é integração ERP. A Hirsh gerencia todas as informações de compromisso do cliente através de seu sistema ERP estabelecido há muito tempo, que não foi projetado para suportar agendamento multi-pallet. A razão é que o sistema ERP avalia toda a rota da peça desde recebimento de matéria-prima até envio, incluindo operações externas como revestimento ou tratamento térmico. É projetado para ser capaz de identificar gargalos não aparentes para um sistema FMS que foca em atividades de célula de trabalho. O sistema ERP prioriza manufatura just-in-time enquanto um FMS prioriza utilização do fuso.

Consequentemente, Doyle disse: "Estamos criando uma maneira de casar os requisitos de ambos os sistemas, por exemplo, liberando grandes pedidos de peças em segmentos e sendo mais seletivos sobre a informação que deixamos o sistema Fastems ver."

Não é uma tarefa fácil. "Sistemas ERP são como casar", disse Hirsh, "Há um compromisso e investimento. Você não quer mudar seu sistema ERP se não tiver que."

Disse Doyle: "O que eu gosto sobre o FMS da Fastems é que ele permite nossa equipe focar em resolver problemas que a tecnologia não pode resolver, enquanto os liberta de tarefas que a tecnologia está provando ser muito boa. Por exemplo, o sistema Fastems é ótimo em ações repetitivas e sua capacidade de priorizar trabalho e manter o fuso rodando é fantástica. Mas não vai ser capaz de nos dizer como projetar um dispositivo de fixação, como pensar sobre propriedades de materiais ou como melhor projetar um processo de produção. Então nos permite focar nas áreas que são um ponto ideal para nossa empresa."

Cartões de Pontuação de Produção

Hirsh quer que cada indivíduo na empresa esteja ciente de como ele ou ela está ajudando a empresa a cumprir seu lema orientador de "Trabalho de Qualidade Entregue no Prazo". No entanto, Hirsh disse: "Descobrimos que não éramos capazes de monitorar isso a cada dia. Então desenvolvemos um cartão de pontuação, projetado por maquinistas para maquinistas. Ele pega nossas prioridades de segurança, qualidade e produtividade e a qualquer minuto durante o dia fornece uma atualização em toda a empresa de como estamos indo em cada uma dessas áreas prioritárias."

Cada célula de manufatura tem uma tela de computador com um cartão de pontuação personalizado desenvolvido com entrada de seus membros da equipe. Isso permite diagnóstico rápido e resposta a anomalias de produção.

Por exemplo, um supervisor pode verificar o cartão de pontuação de uma célula e trazer a pessoa certa para ajudar se setups estão rodando longos. O instantâneo de uma página reflete cada compromisso do cliente em toda a empresa e mostra quais membros da equipe estão envolvidos em cumprir o compromisso. Para fornecer informação oportuna, cartões de pontuação são atualizados a cada dois minutos.

Ao pesquisar diferentes sistemas FMS, Hirsh procurou durabilidade e desempenho confiável em vez de tecnologia de ponta, early-adopter. "Queríamos equilibrar investimento na tecnologia mais recente com querer algo que foi bem testado e não um passivo", disse Hirsh. "A Fastems é a escolha certa para nós. É um investimento estratégico para nós que esperamos se ajustar ao nosso negócio por muitos anos."

Entendendo Big Data

Peter Doyle da Hirsh Precision Products admite: "Eu amo dados. Nós olhamos para eles todos os dias. Temos relatórios que olham cada aspecto do nosso processo de produção. Tempos de ciclo, números de peças, tempos de setup, custos de material, dados de inspeção... todos os dados estão disponíveis. Minha única hesitação em relação à manufatura orientada por dados é tentar ter certeza de que estamos usando da maneira certa.

"O problema é que empresas muitas vezes estão se afogando em seus dados e não sabem o que fazer com eles", Doyle continuou. "O valor dos dados é sua capacidade de auxiliar na tomada de decisão. Isolar um problema e determinar qual informação é mais útil deve ser feito antes de coletá-la."

Doyle disse que este ano, a empresa adicionou análise e gerenciamento de informação como componentes-chave para alcançar sua estratégia. "Análise pode nos ajudar a descobrir quais dados são mais significativos para nós. Gerenciamento de informação nos permite comunicar a informação certa para as pessoas certas no momento certo."

A oficina está desenvolvendo maneiras de sistematizar dados para ajudar a tomar decisões de produção. Por exemplo, enquanto dados de CMM são fáceis de capturar eletronicamente, a oficina atualmente está implementando uma coleta eletrônica de dados de inspeção de ferramentas e peças que anteriormente eram feitos e registrados à mão no chão de fábrica. Conforme essas e outras iniciativas avançam, Doyle disse, a oficina está "descobrindo maneiras de trazer o software de documentação de processo proprietário que desenvolvemos, nosso ERP, e o MMS Fastems juntos para que nossos próprios dados sejam um ativo. Sabemos que temos uma oportunidade de melhorar nosso uso de dados, mas ainda estamos descobrindo como."

Outro passo é determinar a qualidade dos dados subjacentes. Dados de maior qualidade podem ajudar a tomar melhores decisões mais rapidamente. Por exemplo, em vez de inspecionar uma característica em cada quinta peça e desacelerar a produção, a oficina pode determinar estatisticamente que só precisa inspecionar uma em 50 peças, aumentando assim a eficiência. Doyle também questiona o verdadeiro valor de alguns dados. Certos dados são valiosos sem dúvida, como números de utilização de máquina e OEE, mas alguns conjuntos de dados não são tão úteis.

Como exemplo, ele questionou o valor de dados detalhados sobre desempenho individual, como estudos nacionais de benchmarking de produtividade por pessoa. "Há aspectos de como aqueles dados são coletados que significam que os benchmarks podem não ser comparáveis ou relevantes para uma decisão, e eu não acredito que esse seja o benefício da manufatura orientada por dados. O sucesso e a cultura da Hirsh Precision Products são baseados em nossos valores fundamentais — somos honestos e confiáveis, apaixonados pelo que fazemos, confiantes em nossas habilidades e capacidades, leais e comprometidos. Com esses fundamentos no lugar, nosso objetivo é usar dados para melhorar nossas operações e ajudar outros, não microgerenciar."

Doyle vê o sistema Fastems como uma maneira prática e aplicada de começar a jornada na manufatura orientada por dados Industry 4.0. No futuro, ele disse, "Inteligência artificial vai ser um divisor de águas para a manufatura, provavelmente mais do que qualquer outra coisa. Vai mudar como vamos estruturar e treinar nossas equipes."

Editado pelo Editor Gerente da Manufacturing Engineering Candace Roulo.