如何解决航空航天供应商的困境?自动化和机器人技术来帮忙

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自动化和机器人技术在提高产能和发展专门用于航空制造的业务方面还有很长的路要走。但是Trinity Precision已了解到,完善其运营模式同样很有价值。

如何解决航空航天供应商的困境?自动化和机器人技术来帮忙

Trinity Precision的一位机器操作员在控制中心为Makino A61nx单元设置了一块牌子(由Abbott Workholding Products制造)。Trinity在五年前收购该公司后的第一笔重大投资是在A61单元中。它现在有三个,并计划今年再增加一个。Peter Zelinski的照片。


随着商业航空的发展,以适应来自中国和印度等新兴市场的新型国际旅客的需求,对中小型航空航天供应商的需求以扩大生产能力不仅对自动化或熟练劳动力,而且对供应商总体具有可扩展性。


现在,适应增长和提高吞吐量的挑战与几年前不同。随着越来越多的自动化和复杂加工过程的熟练制造工人供应的减少,与传统的仅增加员工人数的目标相比,扩大规模现在更有利于操作系统化。


记者在最近访问了位于美国堪萨斯州威奇托市的Trinity Precision时,这一点变得很明显,该公司为主要的航空航天公司和国防公司提供机器零件和组件,例如波音(Chicago),德事隆航空(Wichita),Spirit AeroSystems(Wichita),诺斯罗普·格鲁曼(诺斯罗普·格鲁曼(诺斯罗普·格鲁曼)(维尔京亚的秋天教堂)和湾流(佐治亚州萨凡纳)。Trinity的总裁兼联合创始人David May在五年前购买了这家商店,当时该商店主要使用三轴立式铣床运营。May先生最近在另一家工厂工作,该工厂已经从带有托盘化设备的立式加工中心(HMC)转变为卧式加工中心(HMC),包括牧野和马扎克细胞系统。购买Trinity之后,他和他的团队开始效仿并开始投资机器人和托盘式HMC,包括配备多任务兼容(MMC)车辆系统的Makino A61五轴HMC。此次购买对公司来说是一个巨大的胜利,它使公司能够标准化工具和夹具方法,通过简化设置来增加即时生产能力,并使零件的运行速度比垂直设备快60%。

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再次查看A61nx单元的逻辑删除系统,以及左侧显示MachineMetrics数据的三个屏幕。


但是要说A61单元是May先生和他的Trinity团队在过去五年中对可扩展性的唯一投资,它将削弱其故事的另外一个令人印象深刻的方面:一个涉及机器人和自动化的故事,其核心是消除封闭,而支持共享和即时访问信息。


去年2月,当我访问Trinity Precision时,May先生和他的团队一开始就强调了一个关键点:他们接手的那家商店,实际上是一团糟。墙壁被污垢覆盖。工具和原材料散落在整个商店中。一个打开的冷却剂桶坐在断路器箱下面。文件柜包含旧公司的纸质文件夹系统,该系统仍用于工单。梅先生的团队计算得出,每个车间员工每个设置的每个工单都必须走3000英尺以上,才能收集必要的零件和工具。组装操作在塑料折叠桌上进行。


在接管业务的第一天,梅先生关闭了企业72个小时,以清理设施。该团队包括几名在他接任后留下来的员工,他们清扫出来的垃圾填满了十几个20英尺长的垃圾箱。


但是从很多方面来说,这提供了一个从头开始的机会。对A61电池和托盘系统的投资无疑是一项重大的飞跃。在不到一年的时间里,该团队以一种允许他们使用少于20个唯一工件夹具组件编程近350个唯一零件编号的方式标准化了工具和夹具方法。今天,在A61上运行的零件数量已增加到800。

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Trinity于2016年增加了这台FANUC Robodrill立式加工中心,借助其五轴机械臂来运行高混合量,小批量的零件。


在2016年,Trinity添加了FANUC Robodrill加工中心,使公司借助五轴机械臂来执行高混合量,小批量的工作。尽管有增加A61电池容量的空间,但Trinity的许多零件都是从相似的工件开始的,这些工件需要花费大量的时间来装卸。Robodrill使工件可以连续进行分级,并自动加载(每次少于12秒),以进行两阶段铣削操作。它将燕尾榫轮廓加工到工件毛坯的一侧,机械臂将工件翻转过来,第二个虎钳钳口抓住新加工的燕尾榫,这是一种工件夹持解决方案,几乎将所有工件暴露在下一个加工操作中完成零件。同时,第一个钳口抓住了一个新工件。


循环完成后,将燕尾榫固定到成品零件上的所有地方只有两个小标签。然后,机器操作员拿起一个大橡胶锤,然后用w子般的方式将零件从凸耳上敲下来,只剩下两个小毛刺需要清除。


Trinity的联合创始人兼运营副总裁Chris VanNover表示,在公司聘请程序员为Robodrill创建初始编程代码之后,操作员现在可以教机器人进行新的操作,而不必编写新的代码。“现在,我们可以逐步按照新程序手动操作机械臂,以找到一个新位置,移动它,重新学习该位置,将其更改为原材料,再重新学习该位置,然后将其保存为唯一程序, “ 他说。“通过很小的修改,我们就可以采用现有程序,进行几次修改,将其复制并保存为其他程序号。”


从某种意义上说,这种手动编程方法是使信息民主化的一个示例,从而对Trinity有更大的好处。但是,当公司开始将跨部门数据集成到其物料需求计划(MRP)系统中时,它使这一概念进一步发展了。


一些商店可以采用组织结构,只有少数员工可以访问关键信息。该信息可以是来自机器监控分析,物料采购,运输和接收,生产计划或任何数量的业务运营的数据。当此信息位于单个部门甚至该部门内的少量员工中时,这些员工将充当该信息的保密人。如果您的运输部门的鲍勃(Bob)不在身边告诉您什么时候预定下一批材料到达,那么祝您好运!您的客户必须等到鲍勃回来之后,才能告诉他们零件的交付时间。


与此相反:三位一体的威奇托所在地是美国最大的航空制造中心之一。为了突显这对像Trinity这样的想要扩大业务规模的公司意味着什么,请考虑在访问Trinity的前一天,我参观了Spirit AeroSystems的庞大总部,Spirit AeroSystems是世界上最大的飞机结构制造商,并短暂拜访了Spirit的人力资源部门主管。她兴奋地告诉我们,该公司正在推进计划,计划在明年雇用1400名新员工,去年雇用了1000名。对于Trinity而言,这意味着其业务增长必定包括远远超过增加员工人数的战略和策略。这些策略中的关键是跨流程和部门精简和共享信息。


为了实现该目标,该公司聘请了业务系统经理Jason Hansen,将来自多个部门的信息流集成到其MRP系统中。结果是一种主数据中心,所有部门都依赖该主数据中心来获取与生产,运输,物料等相关的信息。

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Trinity显示标牌以识别设施内的不同单元和活动,包括实时显示机器性能。这些指标均与其全球MRP系统相关。


例如,Trinity使用MachineMetrics软件作为其机器监视平台。汉森先生已将MachineMetrics数据集成到Trinity的全球MRP系统中,以跟踪诸如机器计时,利用率,主轴啮合和操作员装载之类的信息。大屏幕监视器安装在整个工厂车间,可显示整个车间加工中心MRP的实时数据。正如克里斯·范诺佛(Chris VanNover)指出的那样,该信息将生产的所有权提供给运营商。


同样重要的是,这些数据直接与每个作业的原始报价中的相关流程相关联,例如物料跟踪和运输。可以在MRP系统的生产队列中访问所有这些信息。例如,操作员可以打开队列以查看计划在任何给定工作中心上运行的作业的优先列表。只需单击一下,该操作员便可以检查这些工作的物料可用性以及优先级较高的工作,确认是否需要该物料。 他指向在需要10个工件的Haas VMC上运行的作业的屏幕显示。他说:“它需要10个,但我们有8个库存可以分配给它。”


“所以他马上就知道:如果我们需要10个,但只有8个,减少它并运行8个是否有意义?” Hansen先生说,要回答这个问题,操作员只需单击“物料”选项卡,以查看下一个订单的交货时间。无需进行任何工作,系统会立即告诉他何时可以取出这些零件。


声音视觉


波音等大型航空航天公司可能拒绝供应商提供的零件或组件的主要原因之一是零件标识错误。Trinity生产的某些零件的几何形状几乎与其他零件相同,这是一个问题,直到零件未与其指定位置配合时,装配线才能很明显。浪费时间和金钱的可能性是巨大的,更不用说如果有故障的部件进入飞机会造成潜在的危害。


错误标识的零件通常是Trinity担心的原因,通常是将零件从外部业务部门返回给Trinity进行组装时。过去,该公司雇用一名检查员来测量每个零件的细微差别,以确认其身份,这是一个艰苦而缓慢而乏味的过程。在我访问之前两周,Trinity聘请了一位名为Joel Koripalli的自动化工程师来寻找更好的解决方案。


Trinity与总部位于俄克拉荷马州的定制自动化提供商Rye Design合作,创建了一种视觉系统,该视觉系统使用Keyence视觉技术和Koripalli先生正在编程和完善的软件界面。


在工作仅两周之后,他已经对系统最终检查的数百个零件中的数十个进行了编程。完成的过程很简单:扫描零件编号的条形码,将零件正面朝上放入迷你冰箱大小的盒子中,然后按下按钮以接合视觉系统。如果原始零件的关键特征(基于零件的先前扫描,而不是CAD模型)与被扫描零件的特征相同,指示灯将变为绿色。如果功能不完全匹配,指示灯将变为红色。这样可以节省大量时间,同时大大提高了手动过程的准确性。


从机器人技术和自动化到检查和数据共享,Trinity的流程系统化几乎涉及其运营的每个方面。当May先生和他的团队意识到他们的客户服务代表不断跟踪运输部门的团队成员询问零件是否已包装或交付时,他们计算了与运输部门必须停止并查询零件有关的成本系统中的号码。Trinity团队成员首先通过调整运输部门的物理布局并为不同零件系列指定通道来解决该问题。他们还自动执行与运输相关的数据输入流程,因此当员工扫描装箱单时,该信息可立即通过MRP系统提供给客户服务代表(和其他人员)。


Trinity核心业务运营的所有这些方面都代表着潜在的成本和浪费时间,因为任何给定过程的不确定性都在蔓延。加工效率的切实好处可能更容易识别,但是业务运营的间接和看不见的方面需要分析和完善。这是梅先生及其团队(目前有73名员工)正在做的工作的核心。在五年内,他们将商店的收入增加了两倍,达到1800万美元,并计划在未来五年内达到5,000万美元。


梅说:“那些尚未开发出能够同时实现制造流程和交易数据自动化的企业,将在寻找人员方面遇到严重麻烦。” “这是战略要务。我们能够使日常事务自动化得越多,就越能提升我们现有的劳动力以采用更高水平的技能,从而为他们及其家人带来价值。”


行业展望:航空航天


根据Gardner商业指数从独特的商店,加工商,制造商和其他机构收集的数据,航空航天制造业是2019年第二季度表现最好的制造业。根据Gardner的调查数据,航空航天制造商报告新订单增长最快的是的调查跟踪了近二十个终端市场。新订单数据通常被认为是Gardner调查所跟踪的其他业务活动的主要指标,特别是新订单通常可以使生产推迟两个月,而积压,供应商交付和雇佣则可以多达四到六个月。在2018年初,新订单活动的扩张速度超过了产量,导致几个月后产量飙升。生产活动的增加对就业和供应商交付都产生了积极影响,特别是在2018年下半年。


在2019年上半年,新订单活动继续强劲增长,而生产活动经历了减速的增长(当活动量超过50时,但每月读数开始趋于逐月下降)。这种不正常传播的一种可能是由于降低737 Max产量而对航空航天活动产生了缓慢的影响。另外,加快军事产品生产活动的增长可能直接或间接地支持航空航天活动,因为加德纳不区分军事航空航天和民用航空航天业务活动。根据2019年第二季度的调查数据,军事生产是增长最快的终端市场。加德纳(Gardner)并未按装备类型细分军事生产。


截至本文发稿时,美国和加拿大航空航天上市公司的2019年第二季度财务业绩进一步量化了该行业的实力。在已报告的航空航天公司中,2019年第二季度的平均利润率为19.3%; 尽管波音公司的利润率下降了6%,至13.6%,但这还是实现了。自2017年以来,利润率表现一直非常强劲,在我们研究的所有航空航天公司中平均达到19.4%。


波音公司如何解决其近期挑战,将在2019年剩余时间内对该行业的表现产生部分影响。不包括波音公司的业绩,该行业第二季度的未计利息,税项,折旧和摊销前的利润(EBITDA)在过去12个月中与一年前同期相比增长了7.5%。同样,收入同期增长了8.4%。


波音公司的业绩包括在内,这说明该行业面临着更具挑战性的局面。与一年前的同一季度相比,波音公司报告收入下降了35%,第二季度的EBITDA为-27亿美元。相比之下,2018年第二季度的EBITDA为32亿美元。


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