Les cobots permettent à Donnelly Custom Manufacturing d'optimiser l'équilibre humains-automatisation

Donnelly Custom Manufacturing est un mouleur séries courtes, haut mélange, qui effectue plus de 40 changements de moule par jour sur ses 37 machines d'injection pour servir les besoins de volumes bas à moyens de ses clients (voir articles précédents mars '15 et sept. '12). L'un de ses défis clés est d'apprendre où et comment automatiser des travaux qui ne durent que quelques heures.

Comme l'explique le président Ron Kirscht, cette courbe d'apprentissage continue est alimentée par une série d'années record de ventes — 36,2 millions $ en 2018 — qui maintient l'usine d'Alexandria, Minnesota, occupée, même avec l'ajout de deux nouvelles presses l'an dernier. « Nous devons être agiles tout en exploitant notre expertise séries courtes pour gérer efficacement et gagner du temps dans les processus critiques, tant les mises en place que les séries de production », dit-il.

Depuis plus d'une décennie, Donnelly ajoute de la robotique, installant des préhenseurs de pièces style cartésien sur toutes machines au-dessus de 140 tonnes. Ces robots libèrent les employés pour tâches à plus haute valeur : soudure, décoration, usinage. Au cours des cinq dernières années, l'entreprise a exploré les robots collaboratifs, ou cobots. Elle a commencé par installer deux cobots Baxter de l'ex-Rethink Robotics (maintenant hors activité ; sa technologie acquise par Hahn Group d'Allemagne). Donnelly les utilise pour tâches simples de prélèvement-placement, comme emballage ou coupure de canaux. « L'emballage de boîtes prend l'équivalent d'un demi-opérateur », note Kirscht. « Le Baxter peut le faire et compter sans avoir besoin de peser les boîtes. »

PASSAGE AU COLLABORATIF

L'an dernier, Donnelly a exploré le potentiel supplémentaire des cobots pour opérations séquentielles plus sophistiquées. L'entreprise a acheté son premier cobot UR5 d'Universal Robots. « Nous avons visité des ateliers d'usinage CNC dans notre région qui utilisent plusieurs cobots UR. Nous avons vu qu'ils sont plus performants que le Baxter en vitesse, précision et facilité de programmation », dit Jerry Bienias, VP opérations de Donnelly.

Donnelly a mis l'UR5 au travail pour charger deux minuscules inserts dans un moule deux cavités, puis retirer les pièces, couper les canaux, et déposer les pièces dans des tubes dans une boîte — cinq pièces par tube. La séquence complète s'achève dans un cycle de 40 secondes, grâce à l'outillage de bout de bras (EOAT) développé par Donnelly pour permettre au cobot d'effectuer toutes les opérations avec un seul EOAT. Résultat : une cellule qui nécessitait auparavant un opérateur et demi ne demande plus qu'un demi-temps opérateur. (Voir en action ici.)

Bienias dit que Donnelly continuera probablement d'utiliser des cobots UR pour futurs achats. Le cobot Baxter, plus sur le marché, n'était pas adapté au chargement d'inserts à cause du tremblement du bras. « Nous aimons toujours le Baxter. C'était notre tremplin vers un nouveau monde de robotique collaborative », dit-il.

Bien que les cobots soient loués pour leur sécurité autour des gens, Donnelly a des protections rigides autour de la zone EOAT car les pièces moulées ont des arêtes vives qui pourraient blesser par contact accidentel.

Les cobots sont aussi vantés pour leur facilité de programmation via méthode « lead-through teach ». La configuration précise de l'UR5 est essentielle pour le chargement d'inserts. Un facteur est le moule, chauffé à 380 °F, qui se dilate en chauffant. L'UR5, monté sur roues, est boulonné à la presse, et un EOAT de configuration spécial qui correspond étroitement à la version production est utilisé pour « enseigner » au robot où se trouve le moule dans l'espace en localisant des goupilles sur le moule. En cinq à dix minutes, le cobot est orienté assez précisément pour placer les inserts à quelques mils près.

Bien que Donnelly soit satisfait de son usage évolutif des cobots, Kirscht souligne que « les gens continuent d'effectuer la majorité des tâches critiques de fabrication ici. L'automatisation nous aide à mieux comprendre la nature des tâches effectuées par les humains pour que nous puissions identifier les opportunités d'atteindre le bon équilibre entre personnes et automatisation. »