Produkcja na wyższych obrotach

Amerykańska firma Pratt & Whitney musiała powiększyć zdolności produkcyjne, aby zaspokoić popyt na nową generację silników lotniczych. Produkcja głównych komponentów została zaplanowana między innymi w filii zlokalizowanej w Kaliszu. Polska spółka musiała dostosować proces do nowego zlecenia. Wdrożone działania spowodowały podwojenie efektywnego rzeczywistego czasu pracy obrabiarek.

Spółka Pratt & Whitney Kalisz, szczycąca się w całej grupie mianem „produkcyjnego centrum doskonałości” w obszarach złożonych kół zębatych, aparatów kierujących i wałów głównych silników, została wybrana do udziału w programie produkcji m.in. komponentów do nowego typu przekładni FGDS. Przekładnia jest częścią najnowszego silnika lotniczego w rodzinie Pratt & Whitney PW 1000 Pure Power. Produkcja kluczowych elementów zmusiła organizację do transformacji procesu produkcyjnego.

Przemysł lotniczy, poza ekstremalnie wysokimi wymaganiami co do precyzji części, charakteryzuje się również koniecznością zachowania elastyczności w stosunku do zmian konfiguracji i cykli produkcyjnych. Ponieważ liczba produkowanych części rzadko przekracza 1000 sztuk rocznie, zastosowanie automatycznych systemów produkcyjnych potencjalnie zwiększających wydajność mija się z celem. Przy produkcji elementów do nowej przekładni takie ograniczenia wymagały wdrożenia innowacyjnego rozwiązania, które nie tylko wspierałoby efektywność, ale również zwiększało stabilność procesu. Nie miało się jednak skupiać tylko na jednym procesie, ale powinno obejmować cały wachlarz działań, w których skład wchodziły elementy automatyzacji na poziomie prowadzenia całego procesu produkcyjnego oraz na poziomie poszczególnych obszarów. Redefinicja produkcji dotyczyła mocowania komponentów, sposobu dostarczania danych, zainicjowania procesu, monitorowania jego przebiegu oraz końcowego efektu.

Geneza zmian

Precyzja mocowania komponentów oraz dostosowanie do wymogów procesu to pierwszy element decydujący o sukcesie. Kluczową sprawą jest tu wykorzystanie wiedzy dotyczącej zaadaptowania procesu tak, aby nie w pełni powtarzalne kształty wejściowe dały pożądany efekt w postaci części zgodnej ze specyfikacją zamówienia. W przypadku produkcji elementów przekładni pomocne okazało się umiejętne zastosowanie systemów pomiarowych, które precyzyjnie orientują pozycję detalu w przestrzeni roboczej obrabiarki. Dzięki temu została pominięta konieczność powtarzalnego, ręcznego mocowania na rzecz dostosowania układu obróbczego do zidentyfikowanej pozycji detalu. To innowacyjne rozwiązanie wykorzystało dane uzyskane w trakcie procesu do automatycznej oceny indywidualnego komponentu, zachowując dotychczasową elastyczność procesu.

Kolejny obszar przeprowadzonej transformacji dotyczył identyfikacji i dostarczania danych do procesu. Chodziło głównie o informacje zawierające geometrię narzędzi skrawających oraz limity czasu pracy. Prawidłowe zarządzanie tak dużą liczbą informacji wymagało stworzenia specjalnego systemu informatycznego, który pozwolił zarządzać cyklem pracy narzędzi. System musiał uwzględnić indywidualne zastosowanie każdego narzędzia, biorąc pod uwagę m.in. rodzaj obrabianego materiału, oczekiwaną jakość powierzchni czy konfigurację komponentu. Pomiar głównych cech odbywa się automatycznie, a wynik zapisywany jest elektronicznie na chipach, które identyfikują każde narzędzie. Unikalną cechą tego systemu jest zastosowanie cyfrowych i sprzętowych bramek weryfikujących rzeczywisty status narzędzia w stosunku do oczekiwanego przez system kontrolny. Rzetelność tego systemu bezpośrednio przekłada się na prawidłowe prognozowanie kosztów, ale również na szybkie szacowanie korzyści z projektów optymalizacyjnych. Jednocześnie bieżący monitoring pracy narzędzi w połączeniu z harmonogramem produkcji pozwala automatycznie generować zarówno krótko-, jak i długoterminowe raporty wymagań.

Efekt przeprowadzonej ewolucji modelu biznesowego nie byłby pełny bez możliwości automatyzacji samego procesu produkcyjnego. Główną przeszkodę stanowiła tutaj wielość zmiennych wpływających na efekt końcowy procesu. Konwencjonalny model produkcji elementów silnika lotniczego uwzględnia szereg bramek kontrolnych, w ramach których i tak bardzo wąskie zakresy tolerancji są dalej redukowane dla osiągnięcia końcowej spójności łańcucha wymiarowego. Główną rolę w efektywności tych bramek odgrywa doświadczony operator procesu. Takie rozwiązanie wymaga często ekstremalnej precyzji systemu produkcyjnego, którą w sposób ciągły się potwierdza i koryguje w przypadku niezgodności.

Powyższy model produkcji wymaga aktywnego nadzoru nad efektem procesu, aby w porę dokonać korekty. Chcąc zachować elastyczność prowadzonych procesów i jednocześnie czerpać benefity z automatyzacji, kaliski Pratt & Whitney oparł swoje działania na dwóch zasadach. Pierwsza dotyczyła podziału procesu na etapy, które mogą być realizowane bez interwencji operatora, druga wiązała się z bezpośrednim monitoringiem produkcji. Konsekwencja w stosowaniu tych zasad dała efekt w postaci sekwencji operacji realizowanych automatycznie. Potencjalną interwencję operatora zastąpiła praca sond pomiarowych oraz autokorekta procesu na bazie spływających danych. Dzięki stworzonym procedurom kompensacyjnym można było uzyskać wymaganą precyzję.

Sondy pomiarowe wymusiły również zmianę mentalności operatora, który musiał zaufać ich wynikom. Przekonanie, że maszyna CNC jest przeznaczona do obróbki skrawaniem, a sondy pomiarowe tylko zabierają „cenny czas”, który można wykorzystać na usuwanie materiału, zostało obalone w praktyce. Sondy zwiększyły wydajność maszyn, eliminując ingerencję operatora, a sam proces obróbki stał się bardziej powtarzalny w porównaniu z pomiarami ręcznymi. Powtarzalność pomiaru sondą wynosi dziesiąte części mikrometra, co pozwala na zastosowanie tych urządzeń nawet przy bardzo wąskich polach tolerancji. Sonda mierzy z takim błędem, na jaki pozwoli jej człowiek. Błędny wynik nie wynika ze złego odczytania wartości pomiaru z urządzenia, ale z nieprawidłowego przeprowadzenia procesu pomiaru, kalibracji i kompensacji.

Redefinicja procesów

Poziom dojrzałości osiągnięty przez opisaną technologię był impulsem do szeregu działań, które pozwoliły na redefinicję struktury procesu. Pierwotny, przewidujący liniowy przebieg, przestał mieć znaczenie. Wprowadzenie wielozadaniowych obrabiarek umożliwiło organizacji skonsolidowanie poszczególnych działań oraz pominięcie wielu kroków pośrednich, poprzednio niezbędnych, aby zabezpieczyć skuteczność następnego etapu procesu. Stał się też bardziej stabilny, a wymagania geometryczne były łatwiejsze do osiągnięcia. Jednocześnie zastosowanie zunifikowanych obrabiarek w ramach automatycznego systemu produkcyjnego pozwoliło zachować jego elastyczność.

Oznacza to, że niezbędne etapy procesu mogą być realizowane na stanowiskach obróbczych w zależności od ich dostępności – to przełomowa zmiana w odniesieniu do wykorzystania zdolności produkcyjnych. W praktyce oznacza to, że operator systemu produkcyjnego jest informowany, które stanowisko robocze jest gotowe do realizacji kolejnego zadania lub czego brakuje, aby tę gotowość osiągnąć.

Efektywność podjętych działań widać wyraźnie, porównując wartości wielu wskaźników „sprzed” i „po” transformacji, z czego najbardziej czytelny jest OEE (Overall Equipment Effectiveness). Rzeczywisty czas procesu skrawania obrazuje również skuteczność wszystkich procesów wspierających, dlatego kaliski Pratt & Whitney wybrał ten miernik dla monitorowania postępów w realizacji projektu.

O AUTORZE
Robert Chojnacki
dyrektor techniczny Pratt & Whitney Kalisz

Materiał partnerski