KMWE vergroot concurrentiekracht met gerobotiseerde productiecellen

Voor een industriële toeleverancier die bewust kiest voor specifieke markten en specialisaties is er wel degelijk emplooi te vinden tussen alle internationale concurrentie. Maar gedegen investeren in automatisering en procesoptimalisatie is daarvoor een voorwaarde. KMWE deed dat de afgelopen jaren en toont aan dat op die manier zelfs een gestage groei mogelijk is.

Hans Harlé is freelance journalist.

KMWE in Eindhoven maakt precisiecomponenten en -systemen. Het bedrijf richt zich vooral op kleine tot middelgrote series van complexe en nauwkeurige producten. ’Wij noemen dat high mix, low volume: de variëteit is groot, maar de seriegrootte niet zozeer‘, legt Frank Driessen van KMWE uit. ’De meeste series bij ons zijn tussen de vijf en honderd stuks, met soms ook een uitschieter tot enkele duizenden stuks op jaarbasis. Echt grote series zijn vaak het efficiëntst te maken met speciaalmachines die voor dat ene product zijn aangepast. Wij hebben er bewust voor gekozen om flexibel te blijven en niet met speciaalmachines te werken. Ons hele machinepark is universeel inzetbaar. Zo kunnen we ook snel reageren als ooit dringend producten met een korte levertijd worden gevraagd.‘

Driessen is productieleider Autoflex bij KMWE: ’De productie is in twee stromen verdeeld: Autoflex en Manflex. De productie in de afdeling Autoflex is sterk geautomatiseerd en gaat vierentwintig uur per dag en zeven dagen per week door. We proberen de producten te groeperen in productfamilies waarvoor ongeveer dezelfde tooling nodig is, zodat we zo weinig mogelijk hoeven aan te passen per serie. Het vraagt veel procesbeheersing, maar als je daarvoor zorgt, is het na de voorbereidingen niet zo moeilijk meer om een aantal series op te starten en de machines efficiënt te laten doorwerken. In de afdeling Manflex maken we nulseries, prototypes en producten die zich nog niet lenen voor automatisering. Meestal beginnen we een serie in Manflex en verhuist de productie later naar Autoflex. Die grens is in de loop van de tijd wel verschoven: producten waarvan het maken eerder als niet-automatiseerbaar werd beschouwd, zijn met de techniek van vandaag vaak goed automatisch te produceren, soms zelfs als enkelstuks.‘

KMWE werkt voornamelijk voor de sectoren lucht- en ruimtevaart, IC-productie en medische industrie. De producten vinden zo ongeveer over de hele wereld verspreid hun eindbestemming. Deels direct, deels indirect als onderdeel van samenstellingen die door klanten wereldwijd worden geleverd. Inclusief de vestigingen in Turkije en Maleisië werken bij KMWE ruim driehonderd mensen. Ook in de buitenlandse vestigingen wordt automatisch verspaand, alleen komen de programma‘s uit Eindhoven.

De producten kunnen van allerlei legeringen staal en aluminium zijn. ’In aluminium doen we het meest, maar titaan is momenteel in opkomst, vooral in de luchtvaartindustrie‘, weet Driessen. ’In moderne vliegtuigen worden steeds meer composietmaterialen verwerkt en die combineren minder goed met aluminium. Daarom worden nu steeds meer vliegtuigonderdelen van titaan gemaakt in plaats van aluminium. Ook in andere sectoren neemt het titaangebruik toe omdat het een lager soortelijk gewicht heeft dan staal. Dat is vooral een voordeel voor machineonderdelen die snel maar nauwkeurig moeten bewegen. Een lager gewicht betekent dan minder massatraagheidseffecten en dus minder vervorming en een hogere nauwkeurigheid.‘

Zwaluwstaart

’Zo‘n negen jaar geleden zijn we gestart met de eerste productiecel voorzien van een robot‘, blikt Driessen terug. ’Het gaat om een robot van de eerste generatie, eigenlijk een manipulator, die pallets met materiaal in twee tegenover elkaar liggende vijfassige freesmachines plaatst. Deze machines zijn allebei van DMG, Deckel Maho Gildemeister. De manipulator heeft een uitschuifbare arm die horizontaal kan ronddraaien en omhoog en omlaag kan bewegen. Hij pakt steeds een pallet met materiaal en zet die in een van de twee machines. De pallets staan klaar in een carrousel die 65 palletplaatsen heeft. Dat is ruimschoots genoeg voor een nacht onbemand doorwerken.‘

Als het product af is, haalt de manipulator de pallet met het product uit de machine en zet hij het geheel in een stelling. De standaard pallet is een tegel van 270 bij 270 mm die KMWE zelf heeft ontwikkeld in vier verschillende uitvoeringen. ’Met de inklemming boven op de tegel kunnen we variëren al naargelang het op te spannen blok materiaal. Dat blok mag maximaal 550 bij 450 bij 300 mm zijn, de maximale productmaat voor deze freesmachines. Maar de meeste producten zijn kleiner. Het kleinste product dat we tot nu toe op deze machines hebben gemaakt, was tien millimeter lang.‘

Het opspannen gebeurt handmatig, via een systeem met zwaluwstaartverbinding dat KMWE ook zelf heeft ontwikkeld. Driessen: ’Daarnaast hebben we ook specifiekere pallets, bijvoorbeeld om plaatachtige delen te bewerken. Overdag is de operator vooral bezig met voorbereidingen, zoals opspannen, controleren en afstellen. Intussen zijn de machines aan het verspanen en ‘s nachts gaat dat onbemand door. Een Renishaw-tastersysteem op de machine meet tussendoor en na afloop of de bewerking de juiste productmaten oplevert. Mocht er iets niet volgens specificatie zijn, dan worden de instellingen automatisch gecorrigeerd. Zo kan de productie gewoon doorgaan, ook als door temperatuurvariaties de machine, het gereedschap of het product gaat uitzetten.‘

In het begin was er één machine aan de manipulator gekoppeld. Later is een tweede toegevoegd, zodat een cel van twee machines plus een robot ontstond. In totaal had KMWE drie van zulke cellen. ’Daarvan is er nog een hier in bedrijf‘, aldus Driessen. ’De twee andere staan in onze Turkse vestiging. De cel waarmee we hier nog werken, gaat binnenkort naar Maleisië.‘

Random

In plaats van die drie systemen heeft KMWE sinds eind 2010 onder meer drie soortgelijke cellen geïntroduceerd met robots van de tweede generatie. ’De manipulators zijn heel betrouwbaar en storingsvrij, maar we gingen ons afvragen hoe we met een robot van de tweede generatie nog verder zouden kunnen automatiseren om nog efficiënter te werken. Eerst hebben we op een rijtje gezet wat we aan de bestaande robotcellen zouden willen veranderen. Zo wilden we een groter aantal pallets, om ook een heel weekend lang onbemand te kunnen produceren. Verder duurde het opspannen met het zwaluwstaartsysteem voor kleinere producten soms te lang. Anderhalve minuut daarvoor klinkt misschien niet lang, maar vergeleken met een korte bewerkingstijd van zo‘n tien minuten is het in verhouding te veel. En we wilden graag dat voor het opspannen minder hardware nodig was. Verder was een belangrijk punt dat we met meer tooling wilden kunnen werken. De machines van de eerste cellen hebben ieder negentig tools, maar om meer verschillende producten te maken, is dat te weinig.‘

KMWE praatte over zijn wensenpakket met specialisten in productieautomatisering. Uitgangspunt was dat de bewerkingscentra weer machines van DMG werden. Het voordeel is dan dat alles softwarematig op dezelfde manier werkt, waardoor bijvoorbeeld Cam-programma‘s goed uitwisselbaar zijn en de operators meteen aan de slag kunnen. De keuze voor de automatisering viel op het Veenendaalse Cellro. ’We kenden ze al langer en zijn uiteindelijk met hen in zee gegaan voor dit project‘, licht Driessen toe. ’Cellro heeft op basis van onze DMG‘s en een robot van Fanuc het hele systeem opgebouwd uit verschillende componenten zodat weer een cel ontstond van een robot die twee machines bedient. Deze robot verzorgt de handling van pallets, producten en tooling en heeft daarvoor diverse grippers. De blokken materiaal gaan erin en de producten komen er compleet uit, allebei via een soort lade. De robot pakt een blok materiaal op, zet het in een schroefstation, draait de klemmen gecontroleerd dicht en zet dat geheel in de machine. Per machine kunnen er ruim honderd tools in, plus we hebben vierhonderd tools in de cel staan.‘

’We zoeken steeds producten die bij elkaar passen‘, gaat Driessen verder. ’In de machine hebben we altijd een standaard set gereedschap en de robot haalt uit de voorraad de gereedschappen die extra nodig zijn. De robot pakt het gereedschap in de cel en zet het in de spindel. Van daaruit gaat het dan het gereedschapsmagazijn in. De robot bepaalt random waar hij alles neerzet en onthoudt dat, zodat hij altijd kan vinden wat hij nodig heeft. We hebben inmiddels drie van zulke cellen – helemaal identiek – met twee vijfassige freesmachines en daartussen een robot van de tweede generatie.‘

Waarschuwing

De basisgedachte binnen KMWE is dat de automatisering de operator maximaal moet ondersteunen. ’Dat houdt in dat er veel wordt gecontroleerd en dat er allerlei zekerheden en beveiligingen zijn ingebouwd‘, aldus Driessen. Een meettastersysteem van Renishaw controleert op de machine tussentijds en na afloop de maten van het product en gaat na of het gereedschap niet afgebroken is. Dat gaat met een kleine laserbundel die op de punt van het gereedschap wordt gericht. Levert dat veel reflectie, dan zit de punt nog op zijn plaats. Is er geen of weinig reflectie, dan is de punt afgebroken. In dat geval neemt het systeem een zustergereedschap in gebruik als dat aanwezig is. Is er niet zo‘n zelfde gereedschap, dan wordt de serie overgeslagen en start het bewerken van de volgende serie.

Hetzelfde gebeurt bij de standtijdbewaking van het gereedschap. De maximale standtijden hebben we vooraf ingevoerd, en als er te weinig tijd over is voor een serie, dan wordt er gewisseld of anders overgeslagen. Driessen: ’Op deze manier gaan we objectiever met de standtijden om dan wanneer de operator zelf de snijkanten zou beoordelen. En zo zijn er nog veel meer voorzieningen. Mocht er tussen het materiaal dat klaarstaat voor een serie een blok zitten met afwijkende afmetingen, dan gaat dat blok automatisch terug. Er volgen waarschuwingen en maatregelen als ergens de bedoelde slag, druk, klemkracht of wat dan ook niet wordt bereikt. Indien mogelijk herstelt het systeem de situatie zelf. Kan dat niet, dan stopt de machine om de vervolgschade te beperken.‘

Hoewel er veel metingen op de machines plaatsvinden, gaat het eerste product van elke serie ook de meetkamer in. Zijn die metingen eveneens akkoord, dan krijgt de serie vrijgave voor productie en wordt verder alles op de machine gemeten. Wel worden met de meetkamer nog steekproeven genomen. Als de serie af is, volgt in een andere meetkamer nog een eindcontrole volgens de afspraken die met de klant hierover zijn gemaakt.

Grotere freesmachine

’Dankzij onze volcontinue automatische productie zijn we nog altijd concurrerend, ook ten opzichte van landen met lagere lonen‘, vat Driessen samen. ’Zeker als het gaat om complexere producten die veel werkvoorbereiding vragen, lukt het ons prima om het werk in Nederland concurrerend te houden en als bedrijf door te groeien. Belangrijk is die automatiseringsgraad en een maximale bezetting van de machines.‘

Een trend die KMWE in de kaart speelt, is de toenemende vervanging van gietstukken door productie uit massief materiaal. ’Om gegoten onderdelen te wijzigen, moet je de gietmallen aanpassen. Verder kunnen er onregelmatigheden zoals gietgallen in het materiaal komen. Aan een gietstuk moet meestal toch al worden verspaand voor nabewerking; dan kun je ook wel een blok massief materiaal in de machine zetten en meteen het hele product daaruit frezen. Zo sla je de hele gietfase over en maak je het product in één keer uit vol materiaal. Die trend is ingezet in de luchtvaartindustrie en spreidt zich nu uit naar andere sectoren, zoals de automotive en de medische industrie. De materiaalkosten zijn hoger, maar je bespaart de malkosten en het gietproces. Voor grote aantallen ligt het anders, maar zeker voor kleinere series wordt steeds meer direct met vol materiaal gewerkt.‘

De cellen met robots van de tweede generatie zijn nog maar net alle drie in gebruik, maar KMWE is alweer met het volgende automatiseringsproject bezig. Driessen: ’We hebben nu ook twee grotere vijfassige DMG-machines die productmaten tot 900 mm aankunnen. De ene is drie maanden oud, de andere zes maanden. Daartussen willen we ook een robotsysteem zodat we er een cel bij hebben voor grotere producten. Die gaat alleen pallethandling doen; de producten zijn daar te groot om op dezelfde manier te verwerken. We zijn nu de eisen en wensen aan het opstellen; in het eerste kwartaal van 2013 moet de cel compleet in werking zijn. Daar rekenen we nu al op.‘