Les avantages inattendus de l'automatisation robotique

Pour comprendre pourquoi Stabiltec a acheté un robot, vous n'avez même pas besoin d'entrer dans l'usine. À l'extérieur de l'usine de production de l'entreprise à Parks, en Louisiane, un panneau bien en vue « Now Hiring » indique les « machinistes CNC » en haut de la liste des postes vacants. Le signe restera presque certainement là aussi longtemps que les affaires solides se poursuivront dans l'industrie pétrolière et gazière, le marché que Stabiltec dessert. L'entreprise a installé un robot pour alimenter ses machines-outils tout en utilisant le plus efficacement possible ses ressources de main-d'œuvre limitées, car l'employeur ne peut pas pourvoir tous les postes de fabrication qualifiés qui seraient justifiés par l'activité commerciale actuelle.

En fait, le copropriétaire de l'entreprise, Keith Boutte, affirme que l'usine achètera presque certainement un autre robot. Les avantages inattendus du passage de l'entreprise à l'automatisation ont rendu l'investissement beaucoup plus rentable que prévu.

Trop simple pour un personnel qualifié

Stabiltec fabrique une gamme d'outils de fond de trou pour le forage pétrolier et gazier. Cette gamme en elle-même fait partie de ce qui distingue le constructeur. La société qui allait devenir Stabiltec a été fondée il y a 25 ans, mais une série d'acquisitions au cours des 3 dernières années seulement en a fait un fabricant unique non seulement de composants pour percer le trou, mais aussi de matériel de diagnostic pour mesurer et évaluer le trou.

Le forage dirigé est une spécialité. Stabiltec fournit les pièces usinées pour les systèmes de forage pétrolier et gazier qui pénètrent verticalement dans le sol, mais atteignent les réserves souterraines horizontalement grâce à l'arc progressif de la foreuse. M. Boutte conçoit des composants de système de forage directionnel en fonction des divers besoins des différents équipementiers qui offrent des produits de forage directionnel.

Le défi dans la fabrication de ces composants est que certaines des pièces nécessitent un usinage qualifié. Les sections de boîtier souterrain qui se plient jusqu'à 3 degrés sont usinées par des opérations de tournage qui nécessitent des configurations inhabituelles sur le tour. Plus précisément, après qu'une extrémité de la pièce a été tournée en ligne droite, l'autre extrémité est tournée pour être délibérément "tordue" au moyen d'une configuration décalée par rapport à la ligne centrale. Ainsi, une quantité de faux-rond et de déviation du parallélisme qui serait considérée comme une erreur extrême sur la plupart des pièces tournées est délibérément usinée dans ces composants. Des opérateurs qualifiés doivent exécuter des pièces comme celles-ci.

Le problème de Stabiltec était que ces employés qualifiés étaient rares et que d'autres travaux d'usinage prenaient trop de temps. Les pièces de transmission en étaient le principal exemple. Ces pièces sont des composants de ce qui est, par essence, un joint universel permettant à la foreuse souterraine de continuer à tourner pendant qu'elle se courbe progressivement. Les pièces de transmission ne sont pas moins critiques et pas moins précieuses que les sections de boîtier, mais les configurations des pièces de transmission sont beaucoup plus simples. Stabiltec perdait trop de capacité de travail au profit du travail relativement peu qualifié de manœuvre de ces pièces dans les machines-outils à l'aide d'un pont roulant. Une fois que les chefs d'entreprise ont réalisé qu'ils ne pouvaient pas combler leurs besoins en main-d'œuvre qualifiée par l'embauche, ils ont décidé de libérer leur capacité de main-d'œuvre existante en automatisant des étapes telles que celle-ci.

Mais quelle était la bonne façon d'automatiser ? L'entreprise affirme que l'automatisation robotique n'était pas le premier choix qu'elle a envisagé.

Raisons pour une cellule robotisée

Bien que les pièces de transmission varient considérablement d'un client à l'autre, elles ont toutes en commun une combinaison de tournage, de fraisage et de perçage. Pour cette raison, les chefs d'entreprise ont d'abord pensé que le multitâche serait le bon moyen d'obtenir un usinage plus efficace en termes de main-d'œuvre. Auparavant, l'usinage de chaque pièce impliquait des opérations à la fois sur un tour et sur un centre d'usinage. Passer à une machine capable d'effectuer le tournage, le fraisage et le perçage en un seul cycle ne laisserait qu'une seule machine-outil dans laquelle charger la pièce. Le rôle de l'opérateur serait alors réduit.

Cependant, une analyse plus approfondie a révélé que le multitâche n'était pas la solution idéale pour cette application. Une lacune était le coût. En raison des opérations de forage et d'alésage de trous traversants, la machine devrait avoir de longues courses pour accueillir de longs outils. Une machine multitâche assez grande pour faire le travail coûterait le même prix que le prix combiné que Stabiltec a finalement payé pour le robot, le tour et le centre d'usinage qui font maintenant ce travail.

Une autre lacune était le débit. La machine multitâche pouvait soit tourner une pièce, soit la fraiser, mais elle ne pouvait pas effectuer les deux opérations à la fois. Laisser le travail rester partagé entre un tour et un centre d'usinage serait plus productif, car les machines pourraient effectuer ces opérations simultanément sur des pièces différentes. Le chargement répété du robot éliminerait le risque d'erreurs de manipulation ou de configuration typiques des processus impliquant plusieurs machines.

Le dernier argument en faveur d'une cellule robotisée revient sur la capacité de travail. Une machine multitâche réduirait le besoin de main-d'œuvre, mais la machine aurait toujours un opérateur qui la chargerait. En revanche, la cellule robotisée permettrait à l'atelier de se passer de main-d'œuvre pendant de longues périodes pour l'usinage des composants de transmission.

Désormais, ces pièces sont traitées dans une cellule dans laquelle un robot FANUC Robotics R-2000iB d'une capacité de 165 kilogrammes charge et décharge à la fois un tour CNC Mighty USA Viper VT36CL-2000 et un centre d'usinage vertical Haas VF-5XT. L'entreprise a justifié l'ensemble de la cellule par la libération des opérateurs pendant la journée et la poursuite de la production la nuit. Cependant, une fois la cellule opérationnelle, l'entreprise a commencé à voir d'autres sources très réelles de rentabilité de la production automatisée.

Avantages imprévus

Ces avantages supplémentaires incluent tous les éléments suivants :

1. Meilleurs prix pour les contrats . Stabiltec utilise le robot en mode mélange élevé et faible volume. Les quantités commandées sont souvent aussi petites que 10 pièces. Pourtant, lorsque l'atelier a le luxe de gérer une quantité constante, la production constante du robot permet à l'atelier de prévoir de manière fiable les délais et les coûts. Cette prévisibilité permet une marge plus serrée. En conséquence, la différence de prix entre l'usinage à court terme et la production à façon est plus importante pour la cellule robotisée que pour toute autre ressource de production. Sur la base des économies de prix, certains clients qui ne s'étaient jamais engagés auparavant dans des contrats de production annuels l'ont fait maintenant avec Stabiltec.

2. Simplification de l'internalisation . En augmentant la capacité pour les pièces de transmission, la cellule robotisée a permis à l'entreprise de ramener en interne diverses autres pièces qui avaient été confiées à des fournisseurs. Auparavant, l'entreprise externalisait tellement d'usinages qu'il aurait apparemment fallu six nouvelles machines et six nouveaux employés pour s'occuper de ce travail en interne. La cellule robotisée a changé cette image. La cellule automatisée représente essentiellement une grande quantité de capacité potentielle concentrée dans un système compact. Cette capacité concentrée et simplifiée peut absorber beaucoup de travail, permettant ainsi beaucoup d'internalisation.

3. Protection de la propriété intellectuelle du client . Stabiltec ne vend pas directement aux champs pétrolifères; il produit des pièces pour les équipementiers. Cela signifie que le magasin a accès aux conceptions des équipementiers avant le reste du marché. Garder ces conceptions proches en limitant la sous-traitance aide le magasin à gagner la confiance des clients. Ainsi, la capacité d'internalisation fournie par le robot n'est pas seulement un avantage en termes d'efficacité, mais également un avantage marketing.

4. Ouverture plus facile à des activités supplémentaires . Les besoins d'usinage des composants de transmission en faisaient des cibles logiques pour l'automatisation, mais Stabiltec a rapidement découvert que leur place sur le marché les rendait également idéales pour la production dans la cellule robotisée. Stabiltec est connu pour le forage directionnel, et la société est souvent recherchée par les équipementiers souhaitant produire des systèmes de transmission de forage directionnel selon de nouvelles conceptions. La production de ce produit de base aide efficacement l'entreprise à établir des relations, et les relations mènent souvent à des opportunités commerciales supplémentaires. En d'autres termes :utilisez l'automatisation pour faire le meilleur travail possible sur la pièce qui vous permettra de mettre le pied dans la porte.

5. Plus grande flexibilité . Cela peut sembler contre-intuitif, mais la société affirme que les machines chargées par robot sont plus flexibles que celles supervisées par les employés. En effet, le robot est capable "d'apprendre" un nouveau processus instantanément. Les humains ne font pas cela. Un employé humain doit être formé et passer progressivement à un ensemble de procédures modifiées, mais un robot peut être redéployé et reprogrammé en une journée, sans jamais revenir à des habitudes obsolètes.

Un tel changement est sur le point de se produire, dit-il. À l'heure actuelle, une trop grande partie de l'usinage des pièces de transmission a lieu au tour. Le centre d'usinage est souvent laissé en attente. Par conséquent, Stabiltec ajoutera un tour supplémentaire pour répartir le travail de tournage dans cette cellule. Le robot sera reprogrammé pour transférer le travail entre ces trois machines au lieu des deux actuelles. Ce nouveau tour n'aura pas besoin d'être aussi grand que l'actuel car tous les perçages et alésages à outils longs resteront avec cette première machine. Ainsi, pour le prix d'une machine-outil relativement bon marché, l'atelier réalisera encore plus la productivité potentielle de la cellule automatisée.

Plus de capacité à venir

Le soudage est susceptible d'être le prochain candidat à l'automatisation robotique, dit M. Boutte. Semblables à l'usinage, certaines opérations de soudage impliquent des tâches simples et répétitives qui éloignent un employé d'un travail plus spécialisé. Dans le domaine de l'usinage, le robot a démontré la valeur de l'automatisation de ces tâches simples. En effet, le seul endroit où le robot ressemble à un employé humain est dans le système ERP Global Shop Solutions du magasin. Le magasin a donné au robot un code d'employé dans ce logiciel afin qu'il puisse suivre les performances du robot en remplacement du chargement et du déchargement manuels. Sur la base de ce suivi, l'entreprise est en mesure d'affirmer que le robot a réduit de 76 % le coût de la main-d'œuvre associé à l'usinage des pièces de transmission tout en augmentant la capacité d'usinage des pièces de transmission de 49 %.

Il y a encore plus de capacité à gagner. Après l'ajout du deuxième tour, M. Boutte dit que la limitation la plus importante qui restera sera l'espace au sol. Qu'un facteur aussi simple puisse être si important peut sembler surprenant, mais dans le cas de Stabiltec, cette limitation s'est avérée effectivement limitante. En termes simples, il n'y a que peu de place pour placer le stock à la portée du robot. En conséquence, cet espace dicte la quantité de production que la cellule peut fournir. En fait, c'est à cause de cette limitation que la cellule n'a pas encore fonctionné pendant 24 heures complètes - généralement de 16 à 20 heures par jour à la place. Pour surmonter ce simple obstacle, l'entreprise explore une solution simple :un système de rack vertical qui augmentera considérablement le rendement de la cellule.