La numérisation stimule la production de pièces automobiles de 20 %

L'augmentation de la taille et de la quantité de ses commandes a conduit le fabricant de pièces automobiles Felss Rotaform LLC (New Berlin, WI) basé au Wisconsin à étendre ses opérations grâce à une nouvelle cellule d'entretien des machines à double robot. L'entreprise est un fournisseur de pièces de précision utilisant ses procédés d'emboutissage rotatif, de formage axial et de formage des extrémités de tubes. Pour répondre aux objectifs d'amélioration continue des processus de l'entreprise, la nouvelle cellule devait être plus sûre, plus rapide et plus flexible que ses cellules de fabrication précédentes.

Pour répondre à la nature complexe de l'automatisation, la société a contacté Siemens et l'intégrateur de systèmes IAS Inc. (New Berlin, WI) en raison de leurs antécédents en matière d'innovation et d'expertise en robotique intégrée et technologies de contrôle. Six mois plus tard, Felss Rotaform se retrouvait à exploiter une cellule de fabrication intégrée et numérisée qui battait les records de productivité et de rentabilité de l'entreprise.

Lors de l'examen des exigences de sa cellule robotique de nouvelle génération, Felss Rotaform avait plusieurs objectifs. Tout d'abord, elle souhaitait augmenter la productivité en déployant de nouveaux automates programmables à grande vitesse afin de réduire les délais d'exécution du cycle complet pour chaque pièce individuelle.

Deuxièmement, il voulait explorer une solution de sécurité plus avancée qui garantissait un meilleur contrôle de qui entrait dans la cellule. Dans les cellules plus anciennes, une machine pouvait accidentellement être allumée lorsqu'un préposé à l'entretien était présent dans la cellule, ce qui exposait cet individu à un risque de blessure. Pour éviter cela, Felss Rotaform voulait un processus automatisé pour garantir que la cellule était vacante une fois redémarrée.

Troisièmement, elle souhaitait plus de flexibilité pour les changements de cellules, ce qui permettrait à l'entreprise de tester et de proposer une gamme de produits plus diversifiée à ses clients. Les cellules plus anciennes nécessitaient que la cellule entière soit reprogrammée à chaque fois qu'un nouveau processus était exécuté, ce qui pouvait prendre des jours à s'exécuter.

L'objectif initial de Felss Rotaform était un temps de cycle complet de 48 secondes pour chaque pièce de la nouvelle cellule (beaucoup plus rapide que n'importe laquelle de ses anciennes cellules). La conception et la mise en œuvre de la solution ont accéléré le processus complet de production de pièces jusqu'à 38 secondes, soit une amélioration de l'efficacité de 20 %. Une fois la nouvelle cellule mise en place, les temps d'arrêt sont passés de quelques jours à quelques heures pour les changements complexes et, pour les changements programmés typiques, ce qui prenait auparavant huit heures à effectuer ne prend plus que 15 minutes, selon Chad Due, ingénieur en contrôle électrique de Felss Rotaform.

« Cette nouvelle cellule peut produire en deux équipes ce qui en prendrait trois auparavant. Cela nous permet de produire 600 pièces supplémentaires sur une période de 24 heures. De plus, la rentabilité de la cellule a augmenté de 13 %", a déclaré Due.

Richard Parkhurst, responsable de compte chez Siemens, savait qu'IAS serait bien placé pour atteindre les objectifs de Felss Rotaform. « Certains intégrateurs effectuent strictement du développement de logiciels et d'autres sont plus qualifiés pour construire et assembler le matériel. IAS a apporté une combinaison de toutes les compétences et expertises nécessaires, y compris des capacités en robotique et en ingénierie de la sécurité », a-t-il déclaré.

IAS a reconnu que les produits Siemens seraient essentiels pour aider Felss Rotaform à atteindre ses objectifs en fournissant la vitesse, la fiabilité, la flexibilité et la sécurité requises. Par exemple, une dorsale de communication numérisée Siemens PROFIsafe basée sur Ethernet a été intégrée à la cellule pour contrôler la sécurité des machines et du périmètre. Une communication sécurisée est assurée entre les différents automates et robots. PROFIsafe transmet les informations d'état des appareils à l'intérieur de la cellule à l'automate principal et offre
un grand avantage par rapport à l'ancienne technologie car la communication standard et la communication sécurisée s'effectuent via un système de bus unique.

Tous les capteurs et actionneurs de la solution PROFIsafe peuvent être librement programmés dans le concept de sécurité décentralisée, indépendamment de leur station d'E/S. Cette flexibilité permet aux opérateurs d'éteindre les actionneurs de manière sélective. Les autres avantages incluent des communications à sécurité intégrée, des diagnostics avancés et des capacités de remplacement à chaud, qui contribuent à réduire les temps d'arrêt.

Les API Siemens Simatic S7-1500 avec interface Profinet intégrée ont également joué un rôle majeur dans l'augmentation des vitesses de fonctionnement. Le bus de fond de panier haute vitesse, avec son débit en bauds élevé et son protocole de transmission efficace, offre un avantage de performance crucial pour un traitement rapide du signal.

Selon Simon Vancina, ingénieur d'applications IAS et programmeur principal en robotique et automate, "L'automate S7-1513F était un excellent choix pour ce projet en raison de sa vitesse, de la gamme de
cartes d'extension d'E/S disponibles, du contrôleur de sécurité programmable fonctionnalité, facteur de forme relativement compact et faible coût.”

Le portail TIA de Siemens a joué un rôle essentiel en économisant du temps et des ressources d'ingénierie lors de la programmation de tous les automates et IHM. L'utilisation de TIA Portal réduit les délais de mise sur le marché grâce à des outils de simulation, des outils de productivité pour les programmeurs et des diagnostics supplémentaires.

"TIA Portal me permet d'écrire du code comme je le souhaite et de passer d'un langage de programmation à un autre chaque fois que j'en ai besoin", a déclaré Vancina. « Par exemple, avec TIA Portal, je pouvais choisir Ladder Logic pour rendre les sections logiques simples plus faciles à lire, puis dans la ligne de code suivante, passer à quelque chose comme le texte structuré pour implémenter des contrôles de processus ou des calculs plus complexes. Presque tous les automates permettent l'utilisation des différents langages de programmation CEI 61131-3, mais TIA Portal vous permet de les combiner de manière unique et efficace. Il s'agit d'une fonctionnalité très pratique qui nous permet de réduire notre temps de développement de code et nous a permis de mettre ce système en ligne beaucoup plus rapidement."

Une fois le projet mis en œuvre, Felss Rotaform a immédiatement perçu des avantages au-delà de ses objectifs principaux. Les grands constructeurs automobiles cherchent toujours à tester de nouveaux produits. Ils comptent sur leurs fournisseurs pour les assister dans le processus de test. Les fournisseurs les plus réactifs en phase de test sont souvent récompensés par de nouveaux contrats.

La nouvelle cellule de fabrication de Felss Rotaform a été conçue en pensant aux tests de produits. Il peut exécuter six nouveaux numéros de pièce différents en une semaine, ce qui prend un mois entier sur une autre cellule.

La nouvelle cellule est également beaucoup plus avancée dans sa capacité à détecter les pièces défectueuses. Pour des fabricants comme Felss Rotaform, la traçabilité joue un rôle clé dans la réduction des coûts d'exploitation. La cellule peut aider à empêcher l'expédition de pièces défectueuses en détectant les pièces défectueuses et en les plaçant dans un bac séparé, en arrêtant même la cellule et en alertant l'opérateur si des défauts se produisent trop fréquemment. Si une pièce défectueuse est expédiée et trouvée par le client, cela peut signifier le retour d'un envoi complet, coûtant au fournisseur des centaines de milliers de dollars.

IAS et Siemens testent actuellement deux cellules robotisées similaires qui seront mises en œuvre en 2018 et incluent un meilleur suivi de la maintenance pour une fabrication numérique plus avancée. Le nouveau système suit la durée de fonctionnement d'une machine et indique quand les pièces critiques clés approchent de leurs seuils de temps de cycle prévus.

L'une des solutions à l'étude est MindSphere, un système d'exploitation ouvert basé sur le cloud pour l'Internet des objets (IoT) qui sert de plate-forme connectée avec des applications offrant une gamme de fonctions, telles que la réduction des risques de sécurité et l'amélioration de la disponibilité des machines et usines connectées.

De plus, le nouveau système intégrera des analyses prédictives pour envoyer une alerte sur les problèmes potentiels au contrôle principal d'une cellule. « Le nouveau système vous indique ce qui doit être remplacé et le type de pièce dont le système a besoin. Vous scannez la pièce avant de l'installer et cela vous indique si c'est la bonne pièce pour cette machine », a déclaré Vancina.

Pour plus d'informations sur Siemens, rendez-vous sur www.siemens.com ou appelez le 847-640-1595 ; d'IAS, rendez-vous sur www.iasworldwide.com ou appelez le 866-243-2402.