Basin Precision Machining, 첨단 자동화로 셋업 시간 단축

Basin Precision Machining LLC는 효율적인 단품 흐름 생산 시스템을 공장 전체에 적용해 품질을 향상시켰습니다.

Basin Precision Machining LLC의 사장 겸 CEO인 Erik Anderson은 제조 생산성 측면에서 셋업이 '모든 악의 근원'이라고 판단했습니다. 셋업은 부품 편차, 가동 중단, 높은 스크랩률을 초래합니다. 많은 공장과 마찬가지로 Basin도 길고 복잡한 작업 셋업 문제에 직면해 있었습니다—자동화로 맞서기 전까지는요.

Basin은 품질, 린 제조, 공장 전체에 걸친 고효율 단품 흐름 생산에 대한 극도의 집착으로 인해 스스로를 꽤 비전통적인 공장이라고 여깁니다. 하지만 이 비전통성이 가장 뚜렷하게 드러나는 곳은 일반적인 대량 생산 시나리오가 아닌 다품종 소량 생산 환경에서의 자동화 활용입니다.

특별한 다품종 소량 생산 자동화를 달성하기 위해 Basin은 최대 공구 보관 용량을 갖춘 최신, 최고 수준의 공작 기계 기술과 디지털 연결성을 갖춘 제조 셀을 활용합니다. 이 조합이 기본적으로 셋업 시간을 없애버렸습니다.

정밀 계약 기계 가공 업체인 Basin은 석유 및 가스, 항공우주, 레저 차량, 유압 시장에 서비스를 제공합니다. 고객사로는 석유 및 가스 기업 FHE USA LLC, 카트리지 밸브 제조사 HydraForce Inc., 모터사이클 OEM Harley-Davidson Inc. 등이 있습니다.

어떤 경우 공장은 한 고객을 위해 약 250가지 버전의 부품을 생산합니다. 관련 작업 로트 크기는 5개에서 500개까지 다양하며, Anderson에 따르면 이는 버전 전환을 위해 월 약 80회의 셋업에 해당합니다. 이러한 시간과 노동 집약적인 셋업은 100개 이상의 공구 셋업, 복잡한 다면 고정, 복잡한 부품 가공 방법을 이해하는 숙련된 인력을 필요로 합니다.

가장 큰 자동화 제조 셀 중 하나로 Basin은 언제든 약 200개 부품 번호를 셋업해 둘 수 있습니다. 이 셀은 작업을 한 번 셋업해 셀에 둔 뒤 필요할 때마다 가동할 수 있게 합니다. 22,500ft²(2,090m²) 신축 건물에 자리 잡고 주로 유압 매니폴드를 생산하는 이 셀은 Mazak Palletech 시스템 내에 6대의 Mazak HCN-5000 수평 머시닝 센터로 구성되며, 3단, 120팔레트, 3개 적재 스테이션을 갖췄습니다. 최대 공구 용량을 위해 각 머시닝 센터는 348개 공구를 보관하는 Mazak Tool Hive와 짝을 이뤄 셀 전체적으로 2,088개 공구를 보유합니다.

Anderson에 따르면 큰 공구 용량은 셀이 한 부품에서 다음 부품으로 전환할 때 공구를 셋업한 채로 둘 수 있게 하므로 셋업 단축에 크게 기여합니다. 대부분의 경우 단일 기계로 3가지 크기의 원자재에서 12가지 다른 부품 번호를 가공할 만큼의 공구가 충분합니다.

작년 공장은 15대의 독립형 기계와 32명의 작업자로 약 1,100만 달러의 유압 매니폴드 작업을 수행했습니다. 새로운 Mazak 시스템 하나만으로 Basin은 이제 6대의 기계와 6명의 인원으로 약 950만 달러의 작업을 처리하며 이전의 90%를 생산합니다.

모든 HCN-5000에는 Mazak의 Mazatrol SmoothG 컨트롤이 장착되어 사용자 친화적이고 고속, 고정밀 가공을 제공합니다. 다이렉트 드라이브 로터리 테이블과 2팔레트 체인저가 기본 사양입니다. 이 단순하고 효율적인 자동화 기능은 Palletech 레일 가이드 로봇이 한 팔레트를 적재/하역하는 동안 기계가 다른 팔레트에 고정된 부품을 계속 가공할 수 있게 해 생산성을 높입니다.

공정 최적화를 위해 셀의 각 HCN-5000에는 Mazak SmartBox가 장착되어 있습니다. 이는 Basin에 산업용 사물인터넷(IIoT)으로의 쉽고 안전한 진입을 제공하는 런치 플랫폼입니다. MTConnect 기술을 기반으로 하는 오픈 프로토콜 SmartBox는 공장의 기계와 장비 연결을 용이하게 하면서 모니터링 및 분석 능력을 강화합니다.

Anderson에 따르면 Basin은 전체 설비 효율(OEE)을 모니터링하고 향후 공장의 ERP 시스템과 연동하기 위해 SmartBox를 설치했습니다. 현재 Mazak SmartBox는 RFID 칩을 통해 Basin의 공구 프리세터에서 기계로 공구 데이터를 전송합니다. 하지만 그는 향후 장비에 센서를 부착해 SmartBox로 예방 정비와 기계 중요 시스템 모니터링에 활용할 계획이라고 말했습니다.

Basin에 최근 추가된 또 다른 자동화 제조 셀은 Mazak HCN-8800 수평 머시닝 센터와 348공구 Tool Hive, 6팔레트 Palletech 시스템을 중심으로 구성됩니다. 이 셀은 주로 유정 헤드에 장비를 고정하는 석유 및 가스 산업 시스템인 FHE의 RigLock용 부품을 생산합니다.

HCN-8800 외에도 Basin은 Mazak Integrex i-630V/6 멀티태스킹 기계로 RigLock 시스템 부품을 생산합니다. 이는 중절삭용으로 설계된 강력한 선삭 및 밀링 스핀들을 갖춘 5축 솔루션입니다. 이 기계는 직경 20인치(508mm), 무게 1,200lb, 경도 Rc 32의 강철로 된 RigLock 바디를 가공합니다. 이 부품들은 타 공급업체가 6번의 가공 작업과 55일의 총 처리 시간이 걸렸으나, Basin은 Integrex i-630V/6에서 단일 가공 작업으로 7시간 만에 완료합니다.

Anderson에 따르면 이 부품들은 한 번의 작업으로 할 수 있으면 공정이 훨씬 쉽습니다. '취급, 적재, 레지스트레이션 상실, 다수 장비 필요 같은 모든 변수를 제거할 수 있습니다'라고 그는 설명했습니다. '기존 공장에서 같은 작업을 하려면 선반 2대와 인덱서가 있는 수직 밀링 머신이 필요하고 부품을 4번 다뤄야 합니다.'

Basin에서는 단품 흐름과 Done-in-One Mazak 기계 능력 덕분에 원자재가 공정에 들어가 완제품으로 나옵니다. 이는 WIP 제로, 품질 문제 대폭 감소, 작업 처리 시간 단축을 의미합니다. 이 모든 결과 Basin의 결함 품질 성능은 50ppm 미만입니다. 실제로 19ppm까지 낮아진 적도 있으며, 지난 10년간 그 수준을 유지해 왔습니다.

Anderson은 공장의 다른 Mazak들(예: Integrex i-630V/6)이 전통적인 의미의 자동화(로봇이 기계를 적재하지 않음)는 아니라고 말했습니다. 대신 자동화는 멀티태스킹 기계가 선삭 작업과 완전한 5축 밀링을 수행해 부품을 원 세트업으로 가공하는 능력에서 나옵니다.

이러한 내장형 자동화의 추가 예로 최근 인수한 4대의 Mazak 멀티태스킹 기계가 있습니다. 제2 선삭 스핀들을 갖춘 Integrex i-400S, 제2 선삭 스핀들에 하부 터렛까지 추가된 Integrex i-200ST, 그리고 C축 제어가 가능한 두 개의 동등한 파워 반대 선삭 스핀들과 B축으로 회전하는 내장 모터 밀링 스핀들을 갖춘 Integrex e-500H-S 2대입니다. 이들 기계는 동시 5축 및 고이송 밀링 작업이 가능합니다.

Integrex e-500H-S는 RigLock 시스템용 대형 부품을 만듭니다. Integrex i-400S와 i-200ST도 RigLock 부품과 블로아웃 프리벤터 부품을 가공하며, 후자는 Integrex i-200ST에 바 피딩됩니다. 이 기계들이 가동되는 동안 작업자는 Integrex i-400S도 동시에 운영할 시간이 있습니다.

'우리의 Mazak 같은 자동화 가공 시스템은 숙련 노동력 부족 같은 인력 문제의 해결책입니다'라고 Anderson은 말했습니다. '우리 직원들은 자동화의 관리자들입니다. 기계공을 구하기 어렵기 때문입니다. 그들은 양심적이고 강한 주인의식으로 우리 시스템을 감독하며 생산을 유지합니다. 그들은 버튼만 누르는 사람이 아니라 공정에 투자하는 개인들—일종의 개별 플랜트 관리자—이며 자신의 작업 셀의 원자재, 셀 내 기계, 공구, 품질, 부품 기록 및 포장, 고객 제시 방식을 책임집니다.'

Basin의 대부분의 부품은 4140, 4340, 일부 프리하드닝 강을 봉재, 단조, 주물 형태로 사용하며, Invar 36, 6061-T6 알루미늄, 65-45-12 DuraBar 연성 주철로도 만듭니다. 공작물 무게는 2온스에서 2,000lb까지 다양하며 엄격한 공차와 표면 조도가 요구됩니다. 위치 공차는 0.005인치(0.12mm)에서 0.001인치(0.0254mm)까지, 많은 경우 직경 공차 ±0.00025인치를 유지해야 합니다. 일반적인 작업 로트 크기는 연간 수십만 개 연속 생산부터 2개만 생산하는 단일 작업까지 다양합니다.

원래 Anderson의 부모가 시작한 이 공장은 190명의 직원, 위스콘신주 제퍼슨과 화이트워터의 두 시설, 총 85,000ft²(7,897m²)의 제조 공간을 보유합니다. 약 10개 고객사가 있으며, Anderson에 따르면 100개 고객사의 잡샵이 되려 하지 않는 것은 동시에 모두에게 적절한 서비스를 제공하기 매우 어렵기 때문입니다.

'우리는 우리에게 상당한 양의 작업을 맡기고 싶어 하는 핵심 고객들과 강한 관계를 구축하려 노력합니다'라고 그는 말했습니다. '그렇게 함으로써 고객으로부터 확실한 약속을 얻고, 우리는 그들의 부품을 최고 품질과 비용 효율성으로 생산하기 위해 제조 기술에 대규모 투자를 기꺼이 합니다. 많은 공장이 그렇게 하려 들지 않습니다.'

Basin은 대부분의 공장이 꺼리는 복잡한 부품으로 이루어진 다품종 소량 작업에 계속 집중할 것입니다. Anderson은 목표가 그 일을 따내고, 오늘날 회사가 사용하는 유연한 Mazak 기계와 자동화 시스템 같은 적절한 장비를 갖추는 것이라고 말했습니다. 이 전략은 그에게 효과적이었으며 Basin의 새로운 시장 개척을 계속 열고 있습니다.

'우리는 미래를 내다보고 투자할 의향이 있습니다'라고 Anderson은 말했습니다. '이것은 잠재 고객들에게 울림을 줍니다. 우리가 추구하는 일감을 소싱하기가 그들에게 어렵기 때문입니다. 이러한 고객들은 최첨단 기술과 작업에 필요한 모든 것을 갖추려는 의지가 있는 공급업체를 원합니다.'

Mazak 제공 정보를 바탕으로 연감 편집자 Candace Roulo가 편집함.