Les VTL inversés améliorent l'efficacité du flux unitaire

Peu d'entreprises d'usinage peuvent se vanter d'un produit phare avec le facteur « cool » de l'Argo, un véhicule tout-terrain amphibie (VTT) utilisé en exploration, recherche et sauvetage, activités industrielles et récréatives depuis la fin des années 60. Cependant, au cours des cinq dernières années seulement, le fabricant Ontario Drive and Gear (ODG) a investi plus de 10 millions $ en nouvel équipement pour soutenir une portion plus significative de son activité : les services de fabrication d'engrenages qu'il a commencé à fournir en 1985 pour capitaliser sur les leçons apprises en concevant et fabriquant la transmission de l'Argo.

Parmi cet équipement, un groupe de machines a eu des effets particulièrement étendus sur la fabrication d'engrenages chez ODG : quatre tours verticaux à tourelle inversés (VTL) EMAG pour lesquels l'automatisation n'est pas un accessoire, mais une partie intégrante de la conception. Ces machines ont été un moteur principal derrière un passage vers une stratégie de fabrication cellulaire à flux unitaire qui a considérablement amélioré le débit, la flexibilité et la qualité des pièces pour une portion critique de la gamme de produits de l'entreprise.

La règle 80/20

Fêtant maintenant sa 50e année d'activité, ODG opère deux usines à New Hamburg, Ontario : une dédiée à la production de VTT, l'autre pour le côté engrenages et transmissions, qui inclut conception d'engrenages et systèmes, assemblage de transmissions et tests de performance. ODG Gear a emménagé dans cette dernière installation en 2000. Elle s'étend sur 56 300 pi² d'espace de fabrication à climat contrôlé abritant une gamme de décolleteuses, façonneuses et rectifieuses d'engrenages CNC ainsi que tours et fraiseuses CNC. Les 115 employés de l'usine produisent plus de 850 numéros de pièce distincts en quantités allant de 1 à 75 000.

Environ la moitié de l'équipement au sol est utilisée pour les opérations avant traitement thermique, l'autre moitié pour les opérations après traitement thermique. Les quatre VTL EMAG brillent dans les deux rôles, dit Joel Wright, directeur général chez ODG. Ils sont actuellement jumelés en deux cellules pour les opérations de tournage pré- et post-traitement thermique respectivement. Le travail principal des machines consiste en engrenages en acier cémenté relativement petits, plats, mesurant pas plus de 2 pouces d'épaisseur et 6 pouces de diamètre. Ces composants représentent seulement 40 numéros de pièce différents. Cependant, comme c'est le cas pour de nombreux fabricants, ces 40 pièces représentent une portion significative du travail de la division engrenages. « Globalement, environ 20 % des pièces représentent 80 % du volume ici », dit M. Wright.

Arrêt et marche

L'importance de ce travail en a fait une cible privilégiée pour des améliorations d'efficacité. Néanmoins, la séquence d'opérations reste essentiellement la même qu'avant l'installation des VTL. La production commence avec deux opérations de tournage (« Op 10 » et « Op 20 »), une pour chaque face d'un ébauche d'engrenage. Les pièces passent au brochage pour créer les cannelures internes nécessaires puis au taillage par crémaillère pour former les dents d'engrenage. Après ébavurage, elles sont envoyées pour traitement thermique avant de revenir à l'usine pour tournage dur sur chaque face et opérations de rectification de finition finales.

Maintenant, cependant, le temps requis pour tout ce processus est mesuré en heures au lieu de semaines. M. Wright explique que la différence principale n'est pas la séquence de production, mais une nouvelle stratégie pour la façon dont les pièces circulent dans cette séquence — une stratégie facilitée par les VTL. Avant l'installation de ces machines, une approche par lots et files d'attente rendait l'inefficacité virtuellement inhérente au processus. « On faisait passer les opérations de tournage initiales sur un lot de 600 ou 1000 pièces, puis on arrêtait et on déplaçait tout sur la brocheuse, et ainsi de suite sur la ligne », dit M. Wright. « C'était toujours un homme, une machine, avec chargement/déchargement manuel. Aussi fort que puisse être n'importe quel combo opérateur-machine, le fait que tout était toujours totalement dépendant de l'opérateur était un inconvénient majeur. »

Même les pauses café ou déjeuner justifiées pouvaient affecter directement le temps de cycle. Les exigences strictes de contrôle statistique de processus (SPC) dictant des inspections fréquentes en cours de processus n'aidaient pas. De plus, bien que les erreurs ne soient pas courantes, de simples erreurs pouvaient avoir des effets en cascade. Par exemple, M. Wright dit se rappeler quelques cas d'opérateurs chargeant mal les pièces dans les mandrins des tours horizontaux utilisés avant les VTL.

Laisser couler

ODG a acheté son premier VTL EMAG, un VL3 avec mandrin 8 pouces, en 2010. À ce moment, l'entreprise était en plein remplacement d'équipement vieillissant, une routine qui se répète tous les quelques ans, dit Ed Das, responsable développement processus. Comme il s'est avéré, des éléments de conception de la série VL ont déclenché une refonte du processus de production par lots et files d'attente problématique. Fin 2011, l'atelier avait intégré trois VL5, avec mandrins 10 pouces. « Pas que les EMAG nous y aient menés seuls, mais leur empreinte compacte et l'automatisation intégrée nous ont menés à adopter une approche plus cellulaire de la fabrication », dit M. Das.

Cette approche commence avec les opérations initiales de tournage tendre Op 10 et Op 20, chacune conduite sur un VL5 séparé. Toutes les machines de la série VL sont équipées de convoyeurs intégrés qui transportent les pièces vers et depuis la zone de travail. Contrairement au processus précédent, qui nécessitait de multiples étapes de chargement/déchargement chronophages pour chaque ébauche d'engrenage, les opérateurs peuvent mettre en attente jusqu'à 14 pièces à la fois sur le convoyeur du premier VL5. C'est rapide et facile grâce aux prismes porteurs hexagonaux à chaque station qui assurent un chargement consistant. Tant qu'une pièce est placée quelque part dans le prisme, elle s'emboîtera dans les coins créés par la forme hexagonale indépendamment de sa forme ou taille.

À l'intérieur de la zone de travail, la broche orientée verticalement de la machine descend d'en haut pour saisir les pièces et les présenter à une tourelle à disque 12 stations dans la base de la machine pour le tournage Op 10. La construction verticale assure que copeaux et liquide de refroidissement tombent loin de l'outil et de la pièce. Ensuite, les pièces se déplacent automatiquement vers le convoyeur du second VL5 via une simple station de renversement qui joint les deux machines. Quand les pièces sortent sur le convoyeur de la seconde machine après Op 20, l'opérateur les déplace vers un autre convoyeur menant au brochage, taillage et autres processus en aval, effectuant parfois une inspection à une station de contrôle avant de le faire. « Les pièces ne s'arrêtent pas, elles passent juste de processus en processus », dit-il. « Les programmes ne tournent pas plus vite, mais l'automatisation et la constance des machines, par opposition à un opérateur, permettent des taux de production typiquement 40 % plus qu'avant. Ça crache des pièces comme du pop-corn. »

Peut-être tout aussi significatif est le fait que l'automatisation intégrale à la machine permet à l'entreprise de démanteler cette cellule dédiée à volonté pour s'adapter aux exigences de production changeantes. Pour comparer, M. Das cite l'exemple d'un centre de tournage double broche. Le passage de pièces entre broche principale et contre-broche pourrait fournir les mêmes avantages que la station de renversement joignant les VL5. De même, un chargeur gantry ou accessoire similaire pourrait jouer le même rôle que les convoyeurs intégrés. Cependant, cette solution manquerait l'avantage d'avoir des broches opérées indépendamment qui peuvent être facilement séparées et déplacées vers différentes sections de l'usine sans perdre la capacité automatisée. Comme le dit M. Wright, « On peut les combiner et recombiner comme des Legos. »

Les VTL ont également contribué à une meilleure qualité des pièces. En fin de compte, c'est tout aussi important que les gains de temps — bien que dans ce cas, les deux aillent de pair. Directement, la construction rigide des VL3 et VL5 utilisés pour le tournage post-traitement thermique permet des tolérances de ±0,00005 pouce, contre ±0,001 pouce avec les systèmes précédents. Aussi notable sont les améliorations indirectes de qualité découlant du passage vers un flux unitaire automatisé. Cela permet aux opérateurs de passer moins de temps à surveiller le processus et plus de temps à inspecter les pièces. « Si vous pouvez faire un meilleur ébauche d'engrenage, vous aurez finalement de meilleurs repères, et vous ferez un meilleur travail de taillage, rectification d'engrenage, etc. en aval », conclut M. Wright. « Les machines EMAG ont dramatiquement amélioré notre capacité à cet égard. »