Fastems | Joensuun CNC-Machining

Mit einem entwicklungsorientierten Ansatz und flexibler Automatisierung wird ein lokaler Fertiger zum Pionier in der Branche

Joensuun CNC-Machining Oy hat sich zu einem lokalen Pionier der Metallbearbeitungsbetriebe in Finnland entwickelt. Dieser Erfolg basiert auf erheblichen Investitionen in flexible, automatisierte und intelligent gesteuerte Fertigung, durch die das Unternehmen den Wert seiner Mehr-Achsen-Bearbeitungskompetenz für seine Kunden und das Geschäft vervielfacht hat. Ein Schlüsselfaktor für diese Entwicklung war das Flexible Manufacturing System (FMS) von Fastems, zusammen mit der intelligenten Manufacturing Management Software (MMS) für Produktionsplanung und Ressourcenmanagement.

Hinweis: Der Artikel ist in kürzerer Version auf Finnisch in der Eurometalli-Ausgabe 7/2021 verfügbar.

Zusammenfassung

2018 automatisierte Joensuu CNC-Machining erstmals zwei 4-Achsen Mazak HMCs mit dem Fastems MLS-System, was zu erheblichen Vorteilen in der Maschinen-Auslastung, den Durchlaufzeiten, der Produktionsplanung, der Mitarbeitermotivation, der Sicherheit und mehr führte. 2021 wurde das System um eine dritte Mazak-Maschine erweitert.
Im nächsten Schritt wurde 2020 die Produktionsplanung und Operator-Anleitung der gesamten Werkstatt (mit Ausnahme einer Säge) mit der Fastems Work Cell Operations (WCO) Software automatisiert, die Teil der Manufacturing Management Software Suite ist. Das Ergebnis: Die gesamte Produktion ist transparenter und besser optimiert auf Basis der Kundenaufträge.
Der entwicklungsorientierte Ansatz, mutige Investitionen in Automatisierung und die Weiterentwicklung der Arbeitsmethoden haben das Unternehmen zu einem Pionier der Metallbearbeitungsbetriebe in Finnland gemacht.

Joensuu im Portrait

Gegründet im Jahr 2007, ist Joensuun CNC-Machining ein Vertragslieferant für hochpräzise bearbeitete Unterkomponenten und Baugruppen im Osten Finnlands. Das Unternehmen bedient Kunden aus den Bereichen Forstwirtschaft, Bergbau und Umwelttechnik. Mit mehr als 30 Mitarbeitern und einem Umsatz von rund 4 Millionen Euro strebt die Werkstatt an, ihren Marktanteil durch Fachkompetenz in der Bearbeitung und flexiblen Kundenservice zu erhöhen. CNC-Machining bietet seinen Kunden eine sehr breite Palette an Komponenten und, wenn gewünscht, vollständig montierte Endprodukte.

CEO Petri Holopainen und Qualitäts- und Entwicklungsleiter Juuso Herranen mit einem der Werkstücke aus dem FMS.

Joensuun CNC-Machining produziert überwiegend Serien von 5 bis 30 Teilen, die wöchentlich oder monatlich wiederkehren. Das Unternehmen ist ein typisches Beispiel für eine Lohnfertigungswerkstatt, die kleine Serien variierender, aber wiederkehrender Teile produziert. Der kontinuierliche Produktionsfluss umfasst jährlich fast 1.000 verschiedene Artikel. Praktisch bedeutet dies einen Durchsatz von etwa acht Millionen Kilogramm Metall. Gleichzeitig werden fast 140 Tonnen Späne abgeschnitten. Wichtiger als der Materialdurchsatz ist jedoch der Mehrwert, den das Unternehmen für seine Kunden schafft – also die Bearbeitung und andere Dienstleistungen, die den Großteil des Umsatzes ausmachen. Das Unternehmen, geführt von einem Unternehmer in den Dreißigern, erzielt einen jährlichen Gewinn von etwa 20%. Bemerkenswert ist auch, dass Joensuun CNC-Machining Oy während der COVID-19-Pandemie keinen einzigen Tag auf Kurzarbeit angewiesen war und es dank der Automatisierung gelungen ist, das Kostenlevel auch in ruhigeren Zeiten unter Kontrolle zu halten.

Die Betriebsabläufe von CNC-Machining vereinen visionären Mut, modernste Technologien und kontinuierliche Verbesserungen. Im Jahr 2018 erwarb das Unternehmen ein flexibles Automatisierungssystem von Fastems sowie 2019 die Work Cell Operations (WCO) Software für die Produktionsplanung und Ressourcenverwaltung der gesamten Werkstatt. Welche Veränderungen haben diese Systeme für CNC-Machining Oy gebracht? Um das zu verstehen, werfen wir zuerst einen Blick auf die Zeit vor der FFS-Investition.

„Der Sprung ins kalte Wasser“ der Automatisierung

CNC-Machining begann bereits 2014, eine Automatisierungslösung für horizontale Fräsmaschinen in Erwägung zu ziehen, als die Unternehmensführung erstmals ein flexibles Automatisierungssystem kennenlernte. Die Idee wurde 2017 Realität, als das Unternehmen eine Investition tätigte, die fast dem gesamten Umsatz von damals etwa 2,8 Millionen Euro entsprach. Ein Teil dieser Investition war die Automatisierung von zwei 4-Achsen Mazak HCN-6800 Maschinen mit einem Fastems FMS (MLS-MD). Das System, das 2018 in Betrieb ging, übernahm etwa die Hälfte der Produktion des Unternehmens. Heute werden rund 300 Teile kontinuierlich durch das FMS verarbeitet. Petri Holopainen, CEO und Haupteigentümer von CNC-Machining, zeigt sich mit der Investition in die Entwicklung und den damit verbundenen Ergebnissen sehr zufrieden.

Das Bild zeigt das 2018 eingesetzte FMS. Links befindet sich eine Ladestation für größere Werkstücke, zwei Materialstationen und eine Ladestation für kleinere Werkstücke. Rechts sind zwei Mazak 4-Achsen-Fräsmaschinen zu sehen.

„Das System hat sich in weniger als drei Jahren bezahlt gemacht. Gleichzeitig sind die Überstunden und Krankmeldungen gesunken, und das Team ist motivierter und kommt besser zurecht. Auch die Arbeitsmethoden und die Ergonomie haben sich verbessert, und viele Werkstücke, die zuvor wenig rentabel waren, sind nun deutlich profitabler. Wir haben auch das Glück, dass wir diese große Investition weit im Voraus, vor der allgemeinen Entwicklung der Branche, getätigt haben, wodurch uns die Investition einen großen Marktvorteil verschafft hat. Die Maschinen-Auslastung ist kontinuierlich gestiegen, und die Höhe der Investition zeigt, wie strategisch wichtig sie für unser Unternehmen war“, so Holopainen.

Qualitäts- und Entwicklungsleiter Juuso Herranen stimmt Holopainen zu.

„Das FFS-Projekt hat uns direkt ins kalte Wasser geworfen, aber wir haben sofort die Vorteile der Automatisierung gespürt, die wir bei der Investition noch nicht vorhersehen konnten. Durch die Automatisierung sind unsere Arbeitsprozesse viel systematischer und standardisierter geworden. Das hat vor allem dann richtig gut funktioniert, als wir unsere nicht automatisierten Maschinen im zweiten Schritt der Investition unter die WCO-Produktionsmanagement-Software von Fastems gestellt haben. Das System hat die Produktion auch effizienter und zuverlässiger gemacht: Selbst bei Krankheitsfällen reicht es, wenn eine Person die Produktion von zwei Maschinen im System steuert“, erklärt Herranen.

Das FFS-Regalbediengerät versorgt die Maschinen mit Maschinenpaletten, transportiert aber auch Materialpaletten, wodurch eine effiziente Raumnutzung und ein optimiertes Materialmanagement ermöglicht werden.

Wir kommen später in diesem Artikel noch auf die Produktionssteuerung mit der Work Cell Operations (WCO) Software zu sprechen. Momentan blicken die beiden jedoch offensichtlich zufrieden auf die FFS-Investition vor ein paar Jahren zurück. Andererseits ist es immer sinnvoll, aus allen Erfahrungen zu lernen: Was lief gut und was hätte besser oder anders gemacht werden können?

„Zum Glück haben wir nicht mit einem kleineren Automatisierungssystem begonnen, weil die Lagerung der Materialpaletten ein viel größeres Gebäude und viele Gabelstaplerfahrer für die Logistik erfordert hätte; unsere Werkstücke sind ziemlich groß. Daher hat das Materialmanagement die Waage zugunsten der Fastems-Lösung entschieden, und wir sind zufrieden. Damals wurde das System sehr gründlich mit Fastems geplant, was sich zum Beispiel in zahlreichen Layout-Vorschlägen zeigte. Rückblickend gibt es jedoch zwei Dinge, die wir anders hätten machen können. Erstens hätten wir etwas früher investieren können, und zweitens hätten wir noch mehr auf die Erweiterbarkeit des Systems achten und es idealerweise auf das alte Gebäude ausbauen können. Die Finanzierung war jedoch schon knapp genug, da die Investition sehr groß war“, sagt Holopainen.

Herranen bestätigt:

„Eine noch stärkere Planung für die Zukunft, mit einem ‚Was passiert, wenn das nicht mehr ausreicht?‘-Szenario, wäre notwendig gewesen. Damals haben wir uns eher darauf konzentriert, genügend Arbeit zu finden, um die Kapazitäten des Systems auszulasten.“

Als Ergebnis hat das Unternehmen nach drei Jahren eine dritte Mazak-Maschine in sein MLS-System integriert und auch eine Erweiterung des gesamten Systems in Erwägung gezogen. Die Erfahrung von CNC-Machining strahlt Positivität und Menschlichkeit aus: Sie waren begeistert von den Vorteilen der Automatisierung, und das Unternehmen erzielt hervorragende Gewinne. Fastems kennt solche Situationen gut, da fast 80% der gelieferten Automatisierungssysteme nach 2-3 Jahren Betrieb erweitert werden.

Ein intelligent gesteuertes Automatisierungssystem sorgt für eine effiziente Produktion

Die Hauptmerkmale der flexiblen Fertigungssysteme von Fastems sind die automatisierte Produktionsplanung und das Produktionsressourcenmanagement. So ermöglichen die Systeme eine hohe Maschinen-Auslastung in Kombination mit pünktlicher Produktion. In der Praxis bedeutet dies wirtschaftlich rentable, flexible Kleinserienfertigung.

Holopainen veranschaulicht die Situation mit einem Beispiel:

„Früher war es zum Beispiel so, dass die Maschine für eine Bestellung einer bestimmten Produktfamilie etwa zwei Wochen lang ausschließlich für diesen Auftrag genutzt wurde, sodass wir keine Bestellungen von anderen Kunden annehmen konnten. Die Flexibilität, die das FFS bringt, ermöglicht es den Mazaks, immer die erforderliche Stückzahl zu produzieren, da das Fastems MMS die Produktionsplanung übernimmt und die Verfügbarkeit der notwendigen Ressourcen im Voraus sicherstellt. Aufgrund der langen Bearbeitungszeiten dieser speziellen Werkstücke wurde im FFS-Produktionsplan festgelegt, dass sie nachts während der unbemannten Zeiten gefertigt werden.“

Herranen und Holopainen stehen vor dem FFS-System, mit dem Bediener Paavo Pärnänen im Hintergrund. Auf der linken Seite befinden sich Rohmaterial-Blöcke und oben rechts ein konfigurierbares Dashboard. Das System wird über den roten Station Commander gesteuert.

Anschließend öffnet Holopainen die MMS-Steuerung auf dem Bildschirm im Besprechungsraum, um die Situation zu überprüfen, und erläutert detaillierter die Vorteile der Lights-Out-Produktion.

„Heute zeigt zum Beispiel die Datenanzeige, dass die Maschine die ganze Nacht über lief, und die erste Pause kam erst um neun Uhr morgens. Die Maschinen-Auslastungsraten steigen ständig, und wir bewegen uns Schritt für Schritt auf 8.760 Betriebsstunden pro Jahr zu. Momentan ist ein begrenzender Faktor die unzureichende Anzahl an Werkzeugen in den Maschinenmagazinen, da wir für Aluminiumprodukte viele verschiedene Werkzeuge benötigen. Hier hilft die dritte Mazak mit einem größeren Werkzeugmagazin.“

Einige der anderen FFS-Vorteile ergeben sich aus der Weiterentwicklung von Arbeitsmethoden und Aufspannlösungen, die für die Einführung der Automatisierung notwendig sind. Herranen erklärt:

„Für das FFS wurden spezielle Spanntürme entworfen und ein Spannvorrichtungsstandard geschaffen. Die Spannvorrichtungswechselzeiten und -prozesse sind jetzt komplett standardisiert, und die Rüstvorgänge können in der Ladezone durchgeführt werden, während die Maschinen an anderen Paletten arbeiten. Wir verwalten die Spannvorrichtungen über die MMS-Spannvorrichtungsbibliothek. Der gleiche Ansatz wurde später auch auf der WCO-gesteuerten Maschinenseite übernommen, sodass die Spannvorrichtungen, die im FFS verwendet werden, bei Bedarf auch für manuelle Maschinen verwendet werden können und umgekehrt. Wir erstellen NC-Programme immer in CAM und niemals direkt an den Maschinen selbst. Die NC-Programmbibliothek steht unter MMS-Kontrolle für die Teile, die im FFS-System produziert werden.“

Bediener Paavo Pärnänen arbeitet an der FMS-Ladezone. Die Arbeitspositionen sind ergonomisch und die Beleuchtung ist gut.

Automatisierung erfordert also eine gewisse Standardisierung und Planung, aber sobald diese erledigt sind, steigt die Effizienz erheblich. Wenn die Fastems MMS-Steuerung die Produktionsressourcen wie Spannvorrichtungen, NC-Programme und Rohmaterialien verwaltet und das „Rezept“ zur Produktion eines Teils kennt, kann sie die geplante Produktion im Voraus sicherstellen – auch in der Welt der variierenden Kleinserienfertigung. Die Rolle des Produktionsmanagers entwickelt sich dann von der reinen Brandbekämpfung hin zur tatsächlichen Produktionssteuerung. Auch der Arbeitsalltag der Bediener verändert sich drastisch zum Besseren.

„Es gibt einen enormen Fachkräftemangel in der Branche, und eine der Ideen hinter den Automatisierungsinvestitionen war, dass Automatisierung das Erlernen der Aufgaben für die Bediener beschleunigt. In diesem Jahr haben wir fünf neue Mitarbeiter eingestellt, zwei von ihnen hatten keine vorherige Bearbeitungserfahrung. Dennoch konnten diese Bediener nach etwa einer Woche Schulung eigenständig bei Ladeaufgaben arbeiten. Unser Ziel für die Zukunft ist es, die Zusammenarbeit mit Bildungseinrichtungen zu entwickeln, da wir sicherlich mehr Mitarbeiter benötigen werden. Automatisierung verbessert auch das Arbeitgeberimage in der Branche, da die Arbeit jetzt viel sauberer und weniger belastend ist als ihr traditionelles Image“, sagt Holopainen und schließt dann:

„Wir kümmern uns um unsere Mitarbeiter, und Automatisierung ebnet den Weg für sinnvollere, ergonomischere und sicherere Arbeit.“

Kurz gesagt, die Vorteile der Fastems MLS-Automatisierung umfassen:

Die Investition hat sich in drei Jahren amortisiert.
Die Maschinen-Auslastung ist stark gestiegen, während die Stückkosten gesenkt und unrentable Teile profitabel wurden.
Intelligente Produktionssteuerung und Ressourcenmanagement erleichtern das proaktive Arbeiten und die Produktion.
Standardisierte Arbeitsmethoden und effiziente Spannvorrichtungen verbessern die Prozesse.
Die Arbeit der Bediener ist sicherer und sinnvoller, Schulungen laufen reibungsloser.
Lieferzeiten sind zuverlässiger, und der Manager kann sich auf die Produktion verlassen.
Die Qualität hat sich stabilisiert, da Abläufe standardisiert und automatisiert sind.

Work Cell Operations (WCO) automatisiert die gesamte Produktion

Um 2019 erkannten die Joensuu-Mitarbeiter, dass die Produktion der Maschinen im FFS-System in Echtzeit vorhergesagt und überwacht werden konnte, jedoch nicht für die anderen Maschinen oder Produktionszellen des Unternehmens, da diese nicht mit der Fastems MMS-Steuerung verbunden waren. Auf der EMO 2019 stellte Fastems das WCO (Work Cell Operations) MMS-Modulpaket vor, das die Automatisierung manueller Maschinenwerkzeuge ermöglicht – also der Maschinen außerhalb eines physischen Automatisierungssystems. WCO verwaltet die Produktionsressourcen wie Rohmaterialien und erstellt basierend auf den Aufträgen einen automatischen Produktionsplan, der die Bediener bei dessen Umsetzung anleitet. Dies macht die Produktion transparent, effizient und auf eine Genauigkeit von einer Minute vorhersagbar – bis zu vier volle Tage im Voraus. Die Software kann entweder allein ohne Automatisierungs-Hardware oder als Teil eines größeren Automatisierungssystems eingesetzt werden, was im Fall von Joensuu der Fall ist.

Herranen präsentiert eine WCO-gesteuerte 3-Achsen-Fräsmaschine. Neben der Arbeitsliste erhält der Bediener Arbeitsanweisungen auf dem Bildschirm.

In Joensuu wurden die WCO-Funktionen im Frühjahr 2020 implementiert, und seitdem ist das Unternehmen ein Pilotkunde von Fastems. In der Praxis entwickelt Fastems die neuesten Funktionen der Software gemeinsam mit dem Unternehmen.

„Nach der Sägemaschine wird unsere gesamte Produktion über die WCO-Steuerung geplant und gesteuert. Wir können nun Produktionsspitzen klarer erkennen, und das System priorisiert automatisch die dringendsten Aufträge, was die Produktion natürlich ausgleicht. Da dieselbe MMS-Software auch im FFS-System läuft, wird die gesamte Situation samt relevanter Daten und Analysen an einem Ort verwaltet. Der nächste Schritt besteht darin, darüber nachzudenken, wie wir die Daten noch besser nutzen können. Solche Daten sind auch genau genug, um die kontinuierliche Weiterentwicklung der Abläufe voranzutreiben, sodass wir nicht nur ab und zu auf die Bilanz schauen, um zu überprüfen, ob alles läuft“, so Herranen.

“WCO together with our ERP system make an excellent package. When the material arrives in the ERP, the control will see what material is available, and the most urgent order will get underway. Previously, the production manager had to monitor the arriving materials and assign orders to each machine manually,” Herranen continues.

Joensuun CNC-Machining verfügt über umfangreiche Ausstattungen und einen hohen Automatisierungsgrad. WCO deckt alle Maschinen des Unternehmens ab, mit Ausnahme der Sägemaschine. In der Praxis bedeutet dies:

Zwei Roboterzellen für Drehmaschinen
Stangenlader-Drehmaschine
NC-Drehmaschine
Multifunktions-Drehmaschine
Drei horizontale Fräsmaschinen (im FFS)
Reibmaschine
Planfräsmaschine
Vier 3-Achs Vertikalfräsmaschinen

Zusammenfassend ermöglicht WCO eine Produktionssteuerung, die sich hin zu einer auf Aufträgen basierenden Steuerung entwickelt, d.h. die Reduzierung von Losgrößen und eine just-in-time Produktion im Vergleich zum Bedarf, das Endprodukt in den Werken der Kunden zusammenzustellen. Die Software ermöglicht eine vollständige Optimierung der Produktion in Situationen, in denen viele manuelle Maschinen oder Produktionszellen beteiligt sind. Das Leitprinzip von Fastems bei der Entwicklung von Automatisierungslösungen ist es, sicherzustellen, dass die gesamte Produktion immer die richtigen Dinge zur richtigen Zeit tut.

Ein entwicklungsorientiertes Mindset und Automatisierung ergänzen sich perfekt

Die Hauptidee von Joensuun CNC-Machining ist die ständige Weiterentwicklung der Prozesse, wobei Automatisierung eine perfekte Ergänzung ist. Herranen zitiert Daft Punk: „Besser, schneller, stärker…“ und erklärt es dann weiter:

„Hör niemals auf. Entwickle dich weiter. Das bedeutet, dass gut nicht genug ist – man kann immer nach besserem streben. Zum Beispiel hat unser Unternehmen den ISO 9001-Qualitätsstandard erreicht und wird sich 2021 um die ISO 14001 bewerben.“

Holopainen stimmt zu:

„Wenn wir uns mit dem profitabel laufenden Geschäft vor dem Bau unserer eigenen Halle und den Investitionen in ein FFS und andere Automatisierung, die 2012–2014 stattfanden, zufriedengegeben hätten, wären wir sicher nicht da, wo wir jetzt sind. Die Welt und die Konkurrenz wären an uns vorbeigezogen. Aus dieser Perspektive sind wir natürlich noch weit vom Ziel entfernt, also geht die Arbeit weiter. Wir denken ständig darüber nach, was wir als nächstes entwickeln wollen. Wir haben Visionen, aber die lassen wir vorerst noch im Hintergrund. Den Umsatz mit dem gleichen Personal zu vervielfachen – das klingt nach einem passenden Ziel!“

Für jüngere Fertigungsunternehmer, die gerade erst mit ihrem Geschäft beginnen, würden die erfahrenen Holopainen und Herranen die folgenden Lektionen betonen: ein visionärer Ansatz, Kundenzufriedenheit und kontinuierliche Entwicklung sind entscheidend für den Erfolg. Allein die Entwicklung des Produktionsumfelds reicht nicht aus – man muss das gesamte Unternehmen im Blick haben. Auf der anderen Seite ist auch die Balance zwischen Arbeit und Freizeit wichtig. Holopainen fasst es zusammen:

„Wenn ich etwas ändern könnte, würde ich mehr Zeit für meine Familie einplanen und echte Ferien machen. In den letzten Jahren habe ich nur das gemacht, und die Automatisierung hat definitiv auch dabei geholfen. Mit Automatisierung kann man besser schlafen, weil man weiß, dass es auch dann weiterläuft, wenn eine Maschine ausfällt.“

Herranen empfiehlt auch, in die persönliche Weiterbildung zu investieren.

„Ich habe gerade das Lean Six Sigma Black Belt Training begonnen, das mir fundiertes Wissen und technische Fähigkeiten zur statistischen Problemlösung vermittelt.“