Basin Precision Machining Reduz Tempos de Setup com Automação Avançada

Basin Precision Machining LLC aumenta qualidade utilizando sistema de produção de fluxo unitário eficiente em todo o chão de fábrica.

Erik Anderson, presidente e CEO da Basin Precision Machining LLC, determinou que setups são a raiz de todo mal quando se trata de produtividade na manufatura. Eles causam variações nas peças, tempo de inatividade e altas taxas de sucata. E, como muitas outras oficinas, a Basin também enfrentava o desafio de setups de trabalho longos e complexos — até que a oficina baseada em Jefferson, WI, revidou com automação.

A Basin se considera uma oficina relativamente não convencional devido à sua extrema obsessão por qualidade, manufatura enxuta e produção de fluxo unitário altamente eficiente em todo o seu chão de fábrica. Mas em nenhum lugar essa não convencionalidade é mais aparente do que com o uso de automação pela empresa em um ambiente de produção de alta variedade/baixo volume, em oposição ao cenário típico de alto volume.

Para alcançar sua automação especial de produção de alta variedade/baixo volume, a Basin conta com células de manufatura compostas pela mais recente e avançada tecnologia de máquinas-ferramenta armada com as maiores capacidades de armazenamento de ferramentas possíveis e conectividade digital — uma combinação que basicamente eliminou os tempos de setup.

Como uma oficina de usinagem de precisão por contrato, a Basin atende aos mercados de petróleo e gás, aeroespacial, veículos recreativos e hidráulicos. Seus clientes incluem empresas como a FHE USA LLC de petróleo e gás, fabricante de válvulas de cartucho HydraForce Inc. e OEM de motocicletas Harley-Davidson Inc.

Em alguns casos, a oficina produzirá cerca de 250 versões de uma peça para um cliente. Os tamanhos de lote de trabalho associados podem variar de cinco a 500 peças, o que, segundo Anderson, equivale a cerca de 80 setups por mês para mudar de uma versão para a próxima. Esses setups intensivos em tempo e mão de obra requerem indivíduos qualificados que entendam setups de mais de 100 ferramentas, fixação multi-face complicada e como executar peças complexas.

Com uma de suas maiores células de manufatura automatizadas, a Basin pode ter cerca de 200 números de peça configurados a qualquer momento. A célula permite que a oficina configure os trabalhos uma vez, deixe-os na célula e execute cada um quando necessário. Abrigada em uma nova adição de 2.090 m² e produzindo principalmente manifolds hidráulicos, a célula consiste em seis centros de usinagem horizontais Mazak HCN-5000 dentro de um sistema Mazak Palletech que apresenta três níveis, 120 paletes e três estações de carga. Para capacidade máxima de ferramentas, cada centro de usinagem é emparelhado com um Mazak Tool Hive que comporta 348 ferramentas cada, totalizando 2.088 ferramentas na célula.

Grandes capacidades de ferramentas, segundo Anderson, contribuem significativamente para reduções de setup, pois permitem que a oficina deixe as ferramentas configuradas enquanto as células mudam de uma peça para a próxima. Na maioria dos casos, há ferramentas suficientes para uma única máquina executar uma dúzia de números de peça diferentes a partir de três tamanhos de material bruto.

No ano passado, a oficina fez cerca de US$ 11 milhões em trabalho de manifolds hidráulicos em 15 máquinas autônomas operadas por 32 pessoas. Com apenas o novo sistema Mazak, a Basin agora lidará com aproximadamente US$ 9,5 milhões de trabalho com apenas seis máquinas e seis pessoas produzindo 90% do que fazia anteriormente.

Os HCN-5000s todos têm controles Mazatrol SmoothG da Mazak, que são amigáveis ao usuário e entregam usinagem de alta velocidade e alta precisão. Mesas rotativas de acionamento direto e trocadores de dois paletes vêm de série nas máquinas. Este recurso de automação simples e eficiente aumenta a produtividade ao permitir que o robô guiado por trilhos do Palletech carregue ou descarregue um palete enquanto a máquina continua a trabalhar em uma peça fixada no outro palete.

Para otimização adicional do processo, cada um dos HCN-5000s da célula é equipado com um Mazak SmartBox, uma plataforma de lançamento que fornece à Basin uma entrada fácil e segura na Internet Industrial das Coisas (IIoT). Com tecnologia MTConnect em sua base, o SmartBox de protocolo aberto facilita a conectividade das máquinas e dispositivos da oficina enquanto permite recursos aprimorados de monitoramento e análise.

Segundo Anderson, a Basin instalou os SmartBoxes para monitorar a efetividade geral do equipamento (OEE) e eventualmente interligar com o sistema ERP da oficina. Atualmente, os Mazak SmartBoxes transferem dados de ferramentas, via chips RFID, dos pré-ajustadores de ferramentas da Basin para as máquinas. Mas, ele disse que a oficina eventualmente sensorizará o equipamento para poder usar os Mazak SmartBoxes para manutenção preventiva e monitoramento de sistemas críticos nas máquinas.

Outra célula de manufatura automatizada recentemente adicionada na Basin é centrada em um centro de usinagem horizontal Mazak HCN-8800 e um Tool Hive de 348 ferramentas dentro de um sistema Palletech de seis paletes. A célula produz componentes principalmente para um sistema da indústria de petróleo e gás para fixar equipamentos em cabeçotes de poço, o RigLock da FHE.

Além do HCN-8800, a Basin também produz componentes para o sistema RigLock com uma máquina multitarefa Mazak Integrex i-630V/6, uma solução de cinco eixos com fusos de torneamento e fresamento poderosos projetados para usinagem pesada. A máquina processa corpos do RigLock que medem 508 mm de diâmetro, pesam 544 kg e são feitos de aço com dureza de 32 HRC. Essas peças levavam outro fornecedor seis operações de usinagem e 55 dias de tempo total de processamento; a Basin agora as finaliza em pouco mais de sete horas com apenas uma operação de usinagem no Integrex i-630V/6.

Para essas peças, segundo Anderson, o processo é muito mais fácil se puder ser feito em uma operação. "Isso permite eliminar todas as variáveis como manuseio, carregamento, perda de registro e a necessidade de múltiplos equipamentos", explicou. "Se uma oficina convencional fizesse o mesmo trabalho, precisaria de duas máquinas de torneamento e uma fresadora vertical com indexador e teria que manusear a peça quatro vezes."

Na Basin, o fluxo unitário e a capacidade Done in One da máquina Mazak significa que a matéria-prima entra no processo e sai como componentes acabados. Isso significa WIP zero, muito menos problemas de qualidade e tempos de resposta de trabalho mais rápidos. Tudo isso resultou em um desempenho de qualidade de defeitos sub-50 partes por milhão (ppm) para a Basin. De fato, a oficina já chegou a 19 ppm e tem sido assim nos últimos 10 anos.

Anderson disse que algumas das outras Mazaks da oficina, como sua Integrex i-630V/6, não são o que seria considerado automação tradicional — nenhum robô carrega a máquina. Em vez disso, a automação é resultado da capacidade da máquina multitarefa de fazer operações de torneamento, bem como fresamento completo de cinco eixos para processar peças em setups únicos.

Exemplos adicionais de tal automação integrada incluem outras quatro máquinas multitarefa Mazak recentemente adquiridas. São a Integrex i-400S da oficina, que apresenta um segundo fuso de torneamento; uma Integrex i-200ST, que apresenta uma torre inferior além de seu segundo fuso de torneamento; e duas máquinas multitarefa Integrex e-500H-S, cada uma das quais apresenta dois fusos de torneamento opostos igualmente poderosos com controle de eixo C. Essas máquinas também têm fusos de fresamento de motor integral que giram no eixo B para operações simultâneas de fresamento de cinco eixos e alta taxa de avanço.

A Integrex e-500H-S faz peças grandes para o sistema RigLock. A Integrex i-400S e i-200ST também processam componentes do RigLock e peças de preventor de blowout que são alimentadas por barra na máquina Integrex i-200ST. Enquanto essas máquinas trabalham, seu operador também tem tempo para operar a Integrex i-400S também.

"Sistemas de usinagem automatizados como nossas Mazaks", disse Anderson, "são a solução para problemas de força de trabalho como falta de mão de obra qualificada. Nosso pessoal são gerentes de automação porque é difícil encontrar torneiros. Eles são conscientes com forte senso de propriedade para supervisionar nossos sistemas e mantê-los produzindo. Eles não são apertadores de botões, são indivíduos investidos no processo — gerentes de planta individuais, em certo sentido — e são responsáveis pela matéria-prima de sua célula de trabalho, as máquinas na célula, ferramentas, qualidade, como a peça é registrada e como é embalada e apresentada ao cliente."

A maioria das peças na Basin é feita de materiais que incluem 4140, 4340 e alguns aços pré-endurecidos na forma de barras, forjados e fundidos. Também produz algumas peças de Invar 36, alumínio 6061-T6 e ferro dúctil DuraBar 65-45-12. As peças podem pesar de 56 g a 907 kg e requerem tolerâncias apertadas e acabamentos superficiais. Tolerâncias posicionais variam de 0,12 mm a 0,0254 mm, e em muitos casos a oficina deve manter tolerâncias diamétricas de ±0,00635 mm. Tamanhos típicos de lote variam de produção contínua envolvendo centenas de milhares de peças por ano a trabalhos únicos produzindo apenas duas peças.

Originalmente iniciada pelos pais de Anderson, a oficina tem 190 funcionários, duas instalações em Jefferson e Whitewater, WI, e um espaço de manufatura combinado de 7.897 m². A oficina tem cerca de 10 clientes e, segundo Anderson, eles não estão tentando ser a oficina para 100 clientes porque é muito difícil fornecer a todos eles serviço adequado ao mesmo tempo.

"Nos esforçamos para desenvolver relacionamentos fortes com clientes-chave que querem que produzamos quantidades significativas de trabalho", disse ele. "Ao fazer isso, ganhamos compromissos sólidos de nossos clientes, e estamos dispostos a fazer grandes investimentos em tecnologia de manufatura para produzir seus componentes da melhor forma possível com a mais alta qualidade e custo-efetividade. Muitas oficinas não estão dispostas a fazer isso."

A Basin continuará focada em trabalhos de alta variedade/baixo volume consistindo de peças complexas porque são aqueles dos quais a maioria das oficinas foge. Anderson disse que o objetivo é conseguir o trabalho e o equipamento correto para ele, como as máquinas e sistemas de automação flexíveis da Mazak que a empresa usa hoje. Essa estratégia funcionou bem para ele e continua a abrir novos mercados para a Basin.

"Estamos olhando para o futuro e estamos dispostos a fazer investimentos", disse Anderson. "Isso ressoa com clientes potenciais porque é difícil para eles encontrar fornecedores para os trabalhos que buscamos. Esses clientes querem fornecedores que se comprometam a obter a tecnologia de ponta e tudo mais necessário para o trabalho."

Editado pela Editora do Anuário Candace Roulo a partir de informações fornecidas pela Mazak.