Rationaliser la production : adopter l'automatisation dès le premier jour

Vidéo de tour à chargement portique

Il y a de nombreuses raisons pour lesquelles les ateliers envisagent maintenant l'automatisation. Pour certains, la pression accrue des régions à bas coûts les force à réduire leurs coûts de main-d'œuvre directe. Pour d'autres, un manque de main-d'œuvre qualifiée encourage l'utilisation de robots pour charger et décharger les machines. Cela peut être que les raisons d'automatiser ne sont pas liées à la main-d'œuvre du tout. Un problème de qualité, par exemple, peut rendre la répétabilité inhérente de la robotique attractive. Que ce soit en partant de zéro ou en transition depuis la fabrication traditionnelle, de nombreux ateliers peuvent bénéficier de l'automatisation. Cependant, les idées fausses sur la façon exacte de le faire restent répandues.

Approche incrémentale vs tout-automatisé

Beaucoup de propriétaires d'ateliers préfèrent une approche sûre et incrémentale pour implémenter l'automatisation. Ils croient qu'il est mieux d'acheter un système adapté à une famille de pièces, et de perfectionner ces pièces dans la cellule une par une. Cette approche permet aux ateliers de tester le concept d'automatisation et de perfectionner des problèmes comme le positionnement, la présentation et la programmation des pièces avant de passer en production. La technique d'automatisation peut être développée et affinée, et les capacités de la cellule déterminées avant que l'atelier n'en dépende pour contribuer au flux de revenus.

C.N.C. Machine Products a choisi la voie moins fréquentée et a adopté une approche tout-automatisé. L'atelier a dépendu du traitement automatisé des pièces dès le début, même s'il réalisait qu'il faisait face à une courbe d'apprentissage abrupte et que les problèmes devraient être résolus rapidement.

L'atelier, dirigé par Greg Scheurich, président, fabrique des bagues intérieures et extérieures de roulements pour clients dans pratiquement toutes les industries mondiales. L'installation récente d'une paire de tours bi-broche chargées par robot de Fuji Machine America (Vernon Hills, Illinois) aide l'entreprise à atteindre ses objectifs de fabrication lean en étant compétitive avec les fabricants étrangers. Cela complète un autre tour de l'engagement d'automatisation de l'atelier.

EN AFFAIRES, AUTOMATIQUEMENT

L'activité principale de M. Scheurich était une distribution d'outils qui achetait et vendait des outils dans la région. En faisant ses tournées dans les ateliers locaux, il a trouvé que les gens lui demandaient de recommander des ateliers qu'il jugeait qualifiés pour usiner divers types de pièces. Comme intermédiaire, M. Scheurich mettait les clients en contact avec les fournisseurs. Un jour, un grand fournisseur de roulements de la région a suggéré à M. Scheurich d'acheter des machines et de commencer à faire tourner les bagues de roulement lui-même. C'est ainsi, par les relations de distributeur d'outils, que C.N.C. Machine Products est né en 1988.

L'atelier de Joplin, Missouri a commencé avec juste une paire de tours automatiques mono-broche. Une liste de machines originale pend au mur de la salle de conférence comme rappel de la justification originale d'acheter les deux premiers tours CNC chucker.

Dès le début, M. Scheurich a senti qu'il était évident qu'il devait trouver une stratégie automatisée qui fonctionne. « Comme c'était une seconde activité, nous ne voulions vraiment pas qu'elle distrait de notre activité principale », explique-t-il. « Le processus devait être assez bon pour tourner automatiquement. » Depuis 1988, l'entreprise a connu plusieurs expansions. Le premier atelier de M. Scheurich faisait seulement 465 m². Le second bâtiment environ 930 m². Le troisième fait maintenant plus de 4 645 m².

De 1988 à 2000, l'activité a grandi très vite et a connu beaucoup de douleurs de croissance. En 2000, l'entreprise a adopté des politiques qui ont aidé à contrôler la croissance et la rendre plus prévisible. M. Scheurich admet qu'au début il n'était pas préparé pour certains défis de l'automatisation et a dû faire face à des idées fausses. En voici trois :

Idée fausse 1 — L'automatisation est trop chère

C.N.C. Machine Products était en activité depuis juste quelques années quand il a acheté sa première cellule robotique. M. Scheurich se rappelle un commercial qui l'appelait depuis un moment offrant un tour bi-broche horizontalement opposé avec robot portique pour charger/décharger les pièces. À une époque où un tour CNC mono-broche pouvait s'acheter pour environ 80 000 $, payer 320 000 $ pour le tour automatisé semblait hors de portée. (Ce serait quatre fois le prix pour seulement deux fois les broches.) Ce commercial se trouvait à l'atelier quand un client potentiel a appelé, et M. Scheurich a permis au commercial de chiffrer la pièce basée sur la quantité. Il a été déterminé que le prix était compétitif et la machine pouvait être amortie en cinq ans.

M. Scheurich admet qu'il ne pensait pas vraiment que l'atelier ferait tourner la machine assez longtemps pour la payer car beaucoup de choses auraient pu mal tourner. « En dehors de ce que le tableur disait, mon instinct me disait autrement. » En fait, la réalité pour M. Scheurich a été que la machine a été amortie bien plus vite que cinq ans. De plus, après l'installation et le fonctionnement de la première machine, une seconde a été installée dans les mois qui ont suivi. Bien que les machines automatisées étaient plus chères que les non-automatisées en coût initial, les bénéfices en capacité gagnée et productivité accrue ont apporté plus de profits et plus de débit à long terme.

Idée fausse 2 — L'automatisation fait perdre des emplois aux ouvriers

Certains ateliers se tournent vers l'automatisation pour réduire la portion main-d'œuvre directe du coût de pièce. Si l'utilisation de robots aide à réduire la main-d'œuvre directe, C.N.C. Machine Products s'est tourné vers l'automatisation principalement pour augmenter la capacité. « L'automatisation robotique sur nos tours n'a pas causé de licenciements », dit M. Scheurich. « À un moment nous avions plus de gens que nous ne pouvions pleinement utiliser, mais la demande a vite rattrapé. » L'automatisation à l'atelier signifie que ses opérateurs ont plus de temps pour contrôler les pièces, garder les inserts affûtés et s'assurer que les machines sont maintenues.

Gary Hoofnagle, VP et directeur de fabrication de l'atelier, croit que si l'automatisation a permis à l'atelier de grandir, cette croissance n'aurait pas pu se passer sans des gens dévoués. M. Hoofnagle pense que l'automatisation aide les gens, et les gens aident l'automatisation. Il croit que les gens sont plus habiles que les machines à s'adapter aux conditions variables, tandis que les machines sont plus appropriées que les gens pour les tâches répétitives. Il dit que quand les deux sont bien mariés, le résultat est une automatisation réussie et efficace.

Idée fausse 3 — L'automatisation n'est appropriée que pour gros volumes

C.N.C. Machine Products a acheté ses premières machines automatisées pour quelques contrats d'un fournisseur stable totalisant 250 000 bagues de roulement annuellement. Cependant, des années d'expérience avec l'automatisation ont rendu l'entreprise rentable avec des commandes haut-mix, bas-volume ne totalisant qu'environ 5 000 pièces par an. De alors à maintenant, rien n'a changé pour justifier de nouvelles machines, sauf que M. Scheurich est prêt à échanger de gros volumes d'un seul numéro de pièce pour une famille de pièces avec moins de volume. Les améliorations dans l'utilisation de l'automatisation lui permettent d'accepter des commandes avec contrat de trois ans et volumes entre 5 000 et 100 000 et rester rentable.

Bien que certains ateliers essaient de garder des machines parce qu'elles sont amorties, C.N.C. Machine Products a une approche différente. Dès le début, M. Scheurich a planifié d'utiliser les machines pour seulement cinq ans. Aujourd'hui, il peut étendre la période à sept ou huit ans car les développements en conception mécanique et électrique ont amélioré la fiabilité des machines. L'entreprise remplace les vieux modèles par de nouveaux périodiquement pour maximiser la valeur résiduelle des machines et maintenir la précision. Cela fournit aussi une opportunité de réviser régulièrement le processus et garder le personnel impliqué avec la technologie actuelle. Dans cet atelier, développer le côté humain de l'équation est une étape critique pour rendre l'automatisation flexible et rentable.

LES AVANTAGES

Une façon dont cet atelier a bénéficié en embrassant l'automatisation dès le départ est une amélioration de productivité à tous les niveaux. M. Hoofnagle estime qu'une paire de tours mono-broche sans automation tendue par un opérateur avait 50 à 65 % d'utilisation de broche, selon l'opérateur. D'un autre côté, avoir un arrangement de deux machines automatisées (quatre broches) offre une utilisation de broche de 80 à 90 %.

Dans ce cas, les machines cadencent l'opérateur, pas l'inverse. Le robot charge les ébauches ou anneaux depuis le stockeur de travail dans le mandrin du tour. Quand le traitement se termine, le robot prend la pièce finie du mandrin et la dépose sur un petit convoyeur à l'autre bout de la machine. La file de pièces qui se forme garde les pièces finies en ordre. Cela peut être utile pour perfectionner les changements de processus et agit comme une file d'attente pour l'opérateur, permettant de vérifier chaque pièce avant envoi au département traitement thermique. Les opérateurs sont fiers d'avoir les tables de chargement pleines et les rampes de déchargement vides. C'est quelque chose que M. Hoofnagle dit avoir remarqué où les tours à chargement portique sont utilisés.

Une chose que M. Scheurich fait pour aider à éviter que les pénuries de matière ne perturbent la planification du travail est de garder un approvisionnement ample de matière sur site. Cette pratique peut être découragée par certains qui l'étiquettent comme stock supplémentaire. Cependant, M. Scheurich traite le stock comme une affaire à part. Il achète quand des opportunités se présentent et vend à lui-même et autres quand il y a un besoin. Cela a aidé à garder les lignes en marche quand les pénuries de matière signifieraient des arrêts.

En plus d'augmenter la productivité au centre de travail, un autre avantage d'avoir une automatisation bien conçue est qu'elle augmentera la capacité. Quand les processus automatisés deviennent plus naturels et fiables, la quantité de temps que la machine peut tourner sans surveillance en fin de quart augmente. Ajouter d'autres machines à la cellule répartit la main-d'œuvre directe et indirecte sur plus de pièces, et les coûts commencent à baisser. Les meilleurs ateliers automatisés ne voient pas 40 ou même 80 heures dans une semaine de travail. Ils voient 168 heures possibles (pas pour l'opérateur, juste pour les machines). Faire confiance aux machines pour toujours faire la bonne chose est la première étape pour atteindre ce niveau de performance.

L'automatisation a aussi un avantage latéral intéressant : des métriques qualité améliorées. Parce que les machines font exactement la même chose à chaque fois, les défauts de processus apparaissent vite. Les machines ne feront pas les petites choses que les opérateurs humains font inconsciemment pour atténuer ces conditions à moins qu'elles ne soient conçues pour. Par exemple, il faut réfléchir à faire casser les copeaux à chaque fois. L'emmêlement de copeaux est quelque chose que les cellules chargées manuellement n'essaient pas trop d'éliminer. C'est vu comme inarrêtable et l'opérateur nettoiera l'outil en chargeant la pièce de toute façon, alors pourquoi s'en soucier ? Dans les cellules automatisées, cependant, une prévision aiguë doit prendre en compte la formation et l'évacuation des copeaux. Les machines Fuji TNW-3500R que C.N.C. Machine Products a récemment installées prennent une approche innovante pour cette situation. Les machines utilisent une combinaison de coolant traversant la broche et soufflages d'air programmés pour laver les pièces et rincer les mandrins. Elles utilisent aussi des stations de retournement pour retourner les pièces plusieurs fois d'une opération à l'autre. Cela fait tomber les copeaux restants des pièces pendant le retournement. Les machines qui ont les broches qui se rencontrent pour échanger la pièce n'ont typiquement pas cette capacité.

PÉNURIE DE MAIN-D'ŒUVRE — OÙ EST LE FOND ?

En plus de ces avantages, une autre raison d'automatiser se profile à l'horizon. Pour certains, le problème de pénurie de main-d'œuvre est présent maintenant — l'écart entre l'opérateur nécessaire et celui disponible s'élargit chaque jour. Des institutions comme Tooling U (www.toolingu.com) fournissent une ressource de formation en ligne pour aider à combler l'écart. Aussi, de nombreux fabricants de machines-outils ont investi temps et argent pour aider les utilisateurs à former le personnel pour performance optimale. Mais que se passe-t-il si le jour arrive où il n'y a personne pour postuler à un poste ouvert ? Selon de récentes statistiques du Département du Travail, environ 40 millions de « baby-boomers » prendront leur retraite d'ici 2015, tandis que seulement 11 millions de remplaçants entreront sur le marché. Se préparer à une pénurie de main-d'œuvre sévère par l'automatisation peut aider à étirer cette main-d'œuvre limitée assez loin pour joindre les deux bouts dans le futur.

NE TRÉBUCHEZ PAS

M. Scheurich et M. Hoofnagle mettent en garde les ateliers pensant à automatiser à examiner soigneusement leur processus manuel avant de décider d'automatiser. Dans certains cas, le processus manuel n'est pas très fiable et a besoin de mise à jour de toute façon — ne supposez pas simplement que le processus manuel est un bon ajustement pour l'automatisation. Partez d'une feuille blanche, si nécessaire, et évaluez le processus pour l'automatisation avant de décider d'aller de l'avant. Sondez toutes les améliorations disponibles en machines, fixations et avances/vitesses de coupe pour donner à l'automatisation la meilleure chance de succès. Utilisez toutes les fonctions avancées de la commande de la machine, comme gestion durée de vie outil, outillage redondant et contrôle en cours de processus. « L'automatisation marche bien chez C.N.C. Products parce que les pièces correspondent au processus et le processus marche bien avec l'équipement », dit M. Hoofnagle.