Basin Precision Machining Reduce Tiempos de Preparación con Automatización Avanzada

Basin Precision Machining LLC aumenta la calidad utilizando un sistema de producción de flujo unitario eficiente en toda su planta.

Erik Anderson, presidente y CEO de Basin Precision Machining LLC, ha determinado que las preparaciones son la raíz de todos los males en cuanto a productividad de manufactura. Causan variaciones en las piezas, tiempo de inactividad y altas tasas de desecho. Y como muchos otros talleres, Basin también enfrentó el desafío de preparaciones de trabajo largas y complejas — hasta que el taller con sede en Jefferson, WI, contraatacó con automatización.

Basin se considera un taller relativamente no convencional debido a su extrema obsesión por la calidad, manufactura esbelta y producción de flujo unitario altamente eficiente en toda su planta. Pero en ningún lugar es esta no convencionalidad más aparente que con el uso de automatización por parte de la empresa en un entorno de producción de alta mezcla/bajo volumen, en contraposición al típico escenario de alto volumen.

Para lograr su automatización especial de alta mezcla/bajo volumen, Basin confía en celdas de manufactura compuestas por la tecnología de máquinas herramienta más avanzada y reciente, armada con las mayores capacidades de almacenamiento de herramientas posibles y conectividad digital — una combinación que básicamente ha eliminado los tiempos de preparación.

Como taller de mecanizado de precisión por contrato, Basin presta servicios a los mercados de petróleo y gas, aeroespacial, vehículos recreativos e hidráulicos. Sus clientes incluyen a la empresa de petróleo y gas FHE USA LLC, el fabricante de válvulas de cartucho HydraForce Inc. y el OEM de motocicletas Harley-Davidson Inc.

En algunos casos, el taller producirá alrededor de 250 versiones de una pieza para un cliente. Los tamaños de lote de trabajo asociados pueden variar de 5 a 500 piezas, lo que, según Anderson, equivale a aproximadamente 80 preparaciones por mes para cambiar de una versión a la siguiente. Estas preparaciones intensivas en tiempo y mano de obra requieren personas calificadas que entiendan configuraciones de más de 100 herramientas, fijación multi-lado complicada y cómo ejecutar piezas complejas.

Con una de sus celdas de manufactura automatizada más grandes, Basin puede tener alrededor de 200 números de pieza preparados en cualquier momento. La celda permite al taller preparar los trabajos una vez, dejarlos en la celda y ejecutar cada uno cuando se necesite. Albergada en una nueva adición de 22.500 ft² (2.090 m²) y produciendo principalmente colectores hidráulicos, la celda consta de seis centros de mecanizado horizontal Mazak HCN-5000 dentro de un sistema Mazak Palletech que cuenta con tres niveles, 120 palets y tres estaciones de carga. Para máxima capacidad de herramientas, cada centro de mecanizado está emparejado con un Mazak Tool Hive que contiene 348 herramientas cada uno, para un total de 2.088 herramientas en la celda.

Las grandes capacidades de herramientas, según Anderson, contribuyen significativamente a la reducción de preparaciones en el sentido de que permiten al taller dejar las herramientas preparadas mientras las celdas cambian de una pieza a la siguiente. En la mayoría de los casos, hay suficiente herramienta para que una sola máquina ejecute una docena de números de pieza diferentes a partir de tres tamaños de material en bruto.

El año pasado, el taller realizó aproximadamente 11 millones de dólares en trabajo de colectores hidráulicos en 15 máquinas independientes operadas por 32 personas. Con solo el nuevo sistema Mazak, Basin ahora manejará aproximadamente 9,5 millones de dólares de trabajo con solo seis máquinas y seis personas produciendo el 90% de lo que hacía anteriormente.

Los HCN-5000 tienen todos los controles Mazatrol SmoothG de Mazak, que son fáciles de usar y ofrecen mecanizado de alta velocidad y alta precisión. Las mesas rotativas de accionamiento directo y cambiadores de dos palets vienen de serie en las máquinas. Esta característica de automatización simple y eficiente mejora la productividad al permitir que el robot guiado por riel Palletech cargue o descargue un palet mientras la máquina continúa trabajando en una pieza fijada en su otro palet.

Para una mayor optimización del proceso, cada uno de los HCN-5000 de la celda está equipado con un Mazak SmartBox, una plataforma de lanzamiento que proporciona a Basin una entrada fácil y segura al Internet Industrial de las Cosas (IIoT). Con tecnología MTConnect en su base, el SmartBox de protocolo abierto facilita la conectividad de las máquinas y dispositivos del taller mientras permite capacidades mejoradas de monitoreo y análisis.

Según Anderson, Basin instaló los SmartBoxes para monitorear la efectividad general del equipo (OEE) y eventualmente conectar con el sistema ERP del taller. Actualmente, los Mazak SmartBoxes transfieren datos de herramientas, a través de chips RFID, desde los preajustadores de herramientas de Basin a las máquinas. Pero dijo que el taller eventualmente sensorizará el equipo para poder usar los Mazak SmartBoxes para mantenimiento preventivo y monitoreo de sistemas críticos en las máquinas.

Otra celda de manufactura automatizada recientemente agregada en Basin se centra en un centro de mecanizado horizontal Mazak HCN-8800 y un Tool Hive de 348 herramientas dentro de un sistema Palletech de seis palets. La celda produce componentes principalmente para un sistema de la industria del petróleo y gas para asegurar equipos a cabezales de pozo, el RigLock de FHE.

Además del HCN-8800, Basin también produce componentes para el sistema RigLock con una máquina multitarea Mazak Integrex i-630V/6, una solución de cinco ejes con husillos de torneado y fresado potentes diseñados para mecanizado de servicio pesado. La máquina procesa cuerpos RigLock que miden 20 pulgadas (508 mm) de diámetro, pesan 1.200 lb y están hechos de acero con una dureza de Rc 32. Estas piezas solían tomar a otro proveedor seis operaciones de mecanizado y 55 días de tiempo total de procesamiento; Basin ahora las termina en poco más de siete horas con solo una operación de mecanizado en la Integrex i-630V/6.

Para estas piezas, según Anderson, el proceso es mucho más fácil si se puede hacer en una sola operación. "Esto te permite eliminar todas las variables como manipulación, carga, pérdida de registro y la necesidad de múltiples equipos", explicó. "Si un taller convencional hiciera el mismo trabajo, necesitaría dos tornos y una fresadora vertical con indexador y tendría que manipular la pieza cuatro veces".

En Basin, el flujo unitario y la capacidad Done in One de la máquina Mazak significa que la materia prima entra en el proceso y sale como componentes terminados. Esto significa cero WIP, muchos menos problemas de calidad y tiempos de respuesta de trabajo más rápidos. Todo esto ha resultado en un rendimiento de calidad de defectos sub-50 partes por millón (ppm) para Basin. De hecho, el taller ha llegado a ser tan bajo como 19 ppm, y ha sido así durante los últimos 10 años.

Anderson dijo que algunas de las otras Mazaks del taller, como su Integrex i-630V/6, no son lo que se consideraría automatización tradicional — sin robots que carguen la máquina. En su lugar, la automatización es el resultado de la capacidad de la máquina multitarea para hacer operaciones de torneado así como fresado completo de cinco ejes para procesar piezas en configuraciones únicas.

Ejemplos adicionales de tal automatización integrada incluyen otras cuatro máquinas multitarea Mazak adquiridas recientemente. Estos son el Integrex i-400S del taller, que cuenta con un segundo husillo de torneado; un Integrex i-200ST, que cuenta con una torreta inferior además de su segundo husillo de torneado; y dos máquinas multitarea Integrex e-500H-S, cada una de las cuales cuenta con dos husillos de torneado opuestos igualmente potentes con control de eje C. Esas máquinas también tienen husillos de fresado con motor integral que giran en el eje B para operaciones simultáneas de fresado de cinco ejes y alta velocidad de avance.

El Integrex e-500H-S fabrica piezas grandes para el sistema RigLock. El Integrex i-400S e i-200ST también procesan componentes RigLock y piezas de preventores de reventón que se alimentan por barra en la máquina Integrex i-200ST. Mientras estas máquinas trabajan, su operador también tiene tiempo para ejecutar el Integrex i-400S.

"Sistemas de mecanizado automatizados como nuestros Mazaks", dijo Anderson, "son la solución a problemas de fuerza de trabajo como la falta de mano de obra calificada. Nuestra gente son gestores de automatización porque es difícil encontrar maquinistas. Son conscientes con un fuerte sentido de propiedad para supervisar nuestros sistemas y mantenerlos produciendo. No son pulsadores de botones, son individuos invertidos en el proceso — gerentes de planta individuales, en cierto sentido — y son responsables de la materia prima de su celda de trabajo, las máquinas en la celda, herramientas, calidad, cómo se registra la pieza y cómo se empaqueta y presenta al cliente".

La mayoría de las piezas en Basin están hechas de materiales que incluyen 4140, 4340 y algunos aceros preendurecidos en forma de barra, forjados y fundiciones. También produce algunas piezas de Invar 36, aluminio 6061-T6 y hierro dúctil DuraBar 65-45-12. Las piezas pueden pesar desde dos onzas hasta 2.000 lb y requieren tolerancias ajustadas y acabados superficiales. Las tolerancias posicionales varían desde 0,005 pulgadas (0,12 mm) hasta tan ajustadas como 0,001 pulgadas (0,0254 mm), y en muchos casos, el taller debe mantener tolerancias diamétricas de ±0,00025 pulgadas. Los tamaños de lote típicos varían desde producción continua que involucra cientos de miles de piezas por año hasta trabajos únicos que producen tan solo dos piezas.

Originalmente iniciado por los padres de Anderson, el taller tiene 190 empleados, dos instalaciones en Jefferson y Whitewater, WI, y un espacio de manufactura combinado de 85.000 ft² (7.897 m²). El taller tiene unos 10 clientes, y según Anderson, no están tratando de ser el taller de trabajo para 100 clientes porque es muy difícil proporcionar a todos ellos un servicio adecuado al mismo tiempo.

"Nos esforzamos por desarrollar relaciones sólidas con clientes clave que quieren que produzcamos cantidades significativas de trabajo", dijo. "Al hacerlo, obtenemos compromisos sólidos de nuestros clientes, y estamos dispuestos a hacer inversiones importantes en tecnología de manufactura para producir sus componentes lo mejor que podamos con la más alta calidad y rentabilidad. Muchos talleres no están dispuestos a hacer eso".

Basin continuará enfocándose en trabajos de alta mezcla/bajo volumen que consisten en piezas complejas porque son los que la mayoría de los talleres evitan. Anderson dijo que el objetivo es conseguir el trabajo y el equipo correcto para ello, como las máquinas Mazak flexibles y los sistemas de automatización que la empresa usa hoy. Esta estrategia ha funcionado bien para él y continúa abriendo nuevos mercados para Basin.

"Estamos mirando al futuro y estamos dispuestos a hacer inversiones", dijo Anderson. "Esto resuena con clientes potenciales porque es difícil para ellos encontrar proveedores para los trabajos que buscamos. Estos clientes quieren proveedores que se comprometan a obtener la tecnología de vanguardia y todo lo demás necesario para el trabajo".

Editado por la editora del Anuario Candace Roulo a partir de información suministrada por Mazak.