Élever l'automatisation du plancher d'usine : précision, flexibilité et fiabilité

Sur machine, près de la machine, entre machines — l'IIoT n'est jamais loin

La flexibilité est venue à l'automatisation, peut-être comme jamais auparavant. Et pour les industries qui exigent usinage de précision, assemblage et mesure, les technologies d'automatisation n'ont jamais été aussi disponibles.

Les solutions d'automatisation vont de la plus haute précision à la fiabilité et vitesse éprouvées en production. Rarement les technologies sont présentées comme étant tout pour tout le monde, ou plus proprement toutes solutions à tous les problèmes. Ce n'est pas un cas de choisir son poison, c'est plus un cas de sélectionner la technologie la plus appropriée et de pouvoir justifier le ROI. L'automatisation éprouvée comme chargeurs de barres, chargeurs à portique, options simplifiées de pick-and-place ne sont jamais trop loin du premier plan, mais elles sont rejointes et éclipsées dans de nombreux cas par de nouvelles technologies robotiques plus rapides qui ont l'avantage de la polyvalence que la communication numérique IIoT peut apporter à la fabrication.

La précision dans l'horlogerie a mené à des centaines de robots

Selon Rick Brookshire, responsable produit groupe robots pour Epson America Inc. (Carson City, CA), quand sa société mère, Seiko Epson Corp., a développé des robots pour fabriquer ses propres montres il y a quelque 35 ans, la précision était tout. Aujourd'hui, Epson combine vitesse et précision dans son offre de plus de 300 robots en tailles allant de 175 à 1000 mm de portée, avec charges utiles jusqu'à 20 kg, et répétabilité jusqu'à 5 µm. Applications premières typiques incluaient des pièces qui tiennent dans la main pour automobile, médical, électronique et fonctions incluant assemblage, tending machine, kitting, inspection et test, et palettisation dansvirtuellement tous les secteurs.

La plus récente addition au portefeuille de robots Epson, le Synthis T3 All-in-One SCARA (bras robotique à conformité sélective articulée) d'entrée de gamme, a été introduit à un prix et avec des capacités de vitesse et précision destinées à étendre davantage les applications d'Epson dans l'automobile, l'électronique, les dispositifs médicaux, et les produits de consommation.

« Depuis son introduction fin 2017, le T3 a trouvé une acceptation par le marché au-delà de nos attentes les plus folles », a dit Brookshire. « Le T3 a un contrôleur contenu dans le bras, connexion à un PC pour la programmation — le tout à un prix de 7 495 $. Il dispose du même logiciel qu'on utilise dans nos robots 6 axes série G haut de gamme. »

Comme les autres robots SCARA d'Epson, le T3 est un robot 4 axes qui ira d'une surface plane à une surface plane et a été positionné comme alternative aux glissières linéaires en atelier. « Les glissières linéaires doivent être ajustées continuellement pour les changements de série », a dit Brookshire. Le T3, avec bras de 400 mm et charge utile max de 3 kg, satisfait ce besoin de flexibilité avec vitesse pour opération efficace, intégration en design compact, et logiciel de programmation RC+ d'Epson.

Efficacité robotique en formats compacts

Erowa Technology Inc. (Arlington Heights, IL) a une histoire de développement de systèmes de palettisation et robots pour manipuler outils et pièces pour le traitement EDM, ainsi que des applications de tending machine pour l'usinage de copeaux en tandem ou en combinaison avec des machines EDM. « Un atelier de sous-traitance fait quelque chose de différent chaque jour. C'est notre force : mettre une pièce sur une palette et dans un magasin et laisser un robot la déplacer dans la machine pour traitement — que ce soit pour une, deux ou cinq pièces », a dit Chris Norman, président et COO. « Nous sommes dans un marché de niche et notre automatisation est conçue pour ateliers de sous-traitance, ateliers moules-matrices, et ateliers de fabrication aérospatiale de petites séries, pour n'en nommer que quelques-uns. »

La demande pour les produits d'automatisation Erowa a été forte. « Il y a une plus grande acceptation par les ateliers pour les solutions d'automatisation aujourd'hui. Nous avons connu une croissance des ventes d'automatisation de 10 à 20 % sur 2017, qui était en hausse d'environ 30 % sur 2016 », a dit Norman. « Nous ne sommes plus juste les gars de l'EDM, bien qu'on en fasse encore beaucoup en fabrication et manipulation d'électrodes. Notre outillage est utilisé dans de nombreuses facettes différentes de la fabrication. Notre système de changement rapide entre nos palettes et nos mandrins et changeurs d'outils pour outils de coupe et changeurs d'électrodes sur EDM sont une forme d'automatisation dont beaucoup d'entreprises ne pensent pas. »

La programmation pour ses robots a été simplifiée, selon Norman. « Nos robots ne sont pas difficiles à programmer. Il y a différents niveaux d'intégration. Le plus basique est que le robot est l'esclave de la machine. Nous avons fait tout le travail d'interface et avons des interfaces avec tous les OEM majeurs. Quand on vient installer, on appelle la palette dans la machine de la même façon qu'on appelle une broche dans la machine. C'est basically une ligne de code. Nous avons un logiciel de contrôle de cellule qui gère la machine et le robot plutôt que le contrôle de la machine. Typiquement, on a besoin d'environ une journée de formation avec les clients », a dit Norman.

Le plancher d'usine est un lieu animé

Les EDM les plus récents de Makino Inc. (Mason, OH) comportent de l'automatisation pour opération sans surveillance. Le support vient de HyperConnect, la suite d'applications Internet Industriel des Objets (IIoT) de Makino pour EDM qui améliore l'expérience utilisateur et l'efficacité, et réduit les temps d'arrêt machine. Disponible sur tous les EDM Makino équipés de systèmes de contrôle Hyper-i, HyperConnect permet aux gestionnaires d'atelier et opérateurs de surveiller et contrôler les processus EDM depuis n'importe quel PC, appareil intelligent, ou autres systèmes de contrôle Hyper-i sur le réseau.

Les opérateurs EDM font déjà face à trop de choses sur le plancher d'usine. La dernière chose que quelqu'un veut, c'est les faire courir entre machines et bureaux. HyperConnect fournit à ces opérateurs l'accessibilité à ce dont ils ont besoin pour maximiser l'efficacité, qu'ils soient à la machine, dans leur bureau ou en travail à distance.

La suite HyperConnect a quatre fonctionnalités de connectivité primaires pour le personnel d'atelier pour surveiller, planifier et dépanner leurs opérations EDM. Des quatre fonctions, EDM Mail et PC Viewer sont les plus couramment utilisées. EDM Mail relaie les informations d'état machine aux opérateurs par email pendant l'opération sans surveillance pour aider à réduire les temps d'arrêt et soutenir les capacités multitâches. Elle peut livrer des mises à jour périodiques à intervalles chronométrés des conditions d'opération d'une machine, ou alerter les opérateurs d'un arrêt machine à toute heure.

Interconnecter les processus : juste une idée loin

Quand la technologie offerte par un constructeur de machines-outils croise dans des processus autrement sans rapport, l'automatisation peut fournir le lien productif inattendu. Methods Machine Tools Inc. (Sudbury, MA), fournisseur de machines-outils, technologie d'impression 3D, et automatisation, a fait un « bond quantique » en combinant les processus pour augmenter la production en fabrication 3D. La cellule d'automatisation combine fabrication additive avec robotique et procédés soustractifs avec l'objectif de fournir du post-traitement pour une production rapide et hautement efficace de pièces 3D finies.

La cellule Methods de 20 pi (6 m) inclut une station d'alimentation de produit imprimé 3D, qui navette des pièces 3D sur plaques de construction dans un EDM FANUC C600 qui fait une coupe pour séparer partiellement les pièces des plaques de construction. À la station suivante, un robot FANUC décroche les plaques des pièces imprimées, et transfère les pièces vers un FANUC RoboDrill pour des opérations d'usinage finales. Les Robodrill sont particulièrement favorisés en environnements de plancher d'usine pour leur empreinte d'automatisation compacte et autonome. Conçue pour la fabrication sans lumière, la cellule réduit le temps global pour compléter les pièces de l'impression 3D au post-traitement final, quadruplant rapportément le débit total de pièces tout en éliminant la main-d'œuvre manuelle. Le partenaire d'impression 3D de Methods Machine est 3D Systems Corp. (Rock Hill, SC), l'originateur de l'impression 3D.

Fabrication intelligente = connectivité IIoT

Deux constructeurs de machines-outils, Mazak Corp. (Florence, KY) et Murata Machinery USA Inc. (Charlotte, NC), ont collaboré pour développer un système de fabrication intelligent en combinant l'usinage, l'automatisation et les technologies intelligentes de Mazak avec le système de stockage et récupération automatisé à haute densité de Muratec. Le système Mazatec SMS (smart manufacturing system) résultant fournit de la fabrication sans surveillance, lights-out, et haut rendement ainsi que la connectivité IIoT.

Le Mazatec SMS associe plusieurs centres d'usinage horizontaux et/ou machines multitâches Mazak avec un système de stockeur à orientation verticale de Muratec qui a palettes, godet de matière et grue de stockeur haute vitesse. Pour correspondre aux besoins spécifiques de production et d'espace au sol de chaque fabricant, le système modulaire peut avoir jusqu'à 150 stockeurs (en différentes tailles) dans une configuration à six niveaux qui augmente l'efficacité d'espace significativement.

La technologie SmartBox IIoT de Mazak et le logiciel de gestion de production Smooth PMC sont des composants clés du SMS. Le système automatisé de Muratec contrôle toutes les interconnexions et se synchronise avec l'hôte ERP/MRP et MES du fabricant. En résultat, le Mazatec SMS est conçu pour devenir une solution d'usine intelligente pour le contrôle, la surveillance et l'optimisation de processus pour produire une variété de pièces — même en petites séries — avec haute efficacité. Le Mazatec SMS peut incorporer diverses tailles et types de machines-outils dans le même système de fabrication automatisé. Équipements périphériques pour le Mazatec SMS incluent stations individuelles pour chargement et centrage, chargement incliné, chargement élévateur, préparation de travail et lavage de pièces. En plus de maintenir les machines-outils approvisionnées en travail, la grue de stockeur du système gère l'entrée globale de pièces brutes et la sortie de pièces finies du Mazatec SMS.

L'automatisation dépend du logiciel, focus IIoT

Shop Floor Automations (SFA ; La Mesa, CA) se spécialise dans les logiciels d'automatisation de fabrication qui fournissent aux ateliers surveillance machine, mise en réseau CNC (logiciel DNC), suivi d'outils, et gestion de données de production. « Nos technologies avancées fonctionnent avec des protocoles tels que MTConnect, OPC UA, Okuma Thinc, Modbus, et FANUC FOCAS », a dit Guy Barrow, responsable comptes. « Nos solutions réussissent pour ateliers CNC, ateliers de fabrication, ateliers de moules, et tout atelier qui a à voir avec le processus de fabrication. Ateliers incluant ceux faisant [hauts volumes de pièces aérospatiales, pièces médicales, armes à feu, et pièces automobiles, ainsi que combinaisons production/ateliers de sous-traitance. »

Selon Barrow, les clients de SFA veulent éliminer les vieux médias sur le plancher d'usine sans remplacer leurs machines. Ils passent au sans fil et remplacent les lecteurs de disquettes. « Bien que les transferts de programmes et le contrôle de révision CNC soient nécessaires, je dirais que la surveillance machine est populaire pour nous en ce moment. L'efficacité machine est très importante pour les clients. Nous avons des ingénieurs sur place pour personnaliser les solutions qui correspondent aux préoccupations de production du client. Les ateliers veulent investir dans les standards Industrie 4.0 et IIoT, donc ça a un effet positif sur notre mix de produits. Nous testons toujours de nouvelles solutions pour résoudre les problèmes pour les clients de méthodes alternatives de transfert de programme communication/gestion, augmentation de l'utilisation machine, contrôle de révision, sans papier, et meilleure préparation audit. Cela les aide aussi à atteindre d'autres objectifs, comme la certification ISO, la fabrication sans lumière, et l'intégration avec d'autres solutions, comme les logiciels ERP. »

Automatisation à petite échelle avec grandes capacités

Une combinaison de centres d'usinage avec systèmes de manipulation de palettes s'est avérée bonne pour un système d'automatisation pour séries à petite échelle jusqu'à des tailles de lot d'une pièce. Pour cette raison, Liebherr Automation Systems Co. (Kempten, Allemagne ; et Saline, MI) a étendu son offre de produits d'automatisation avec le PHS Allround. Les objectifs du système d'automatisation intelligent sont une efficacité plus haute et une opération simple indépendante de la taille et du poids de la pièce. Le système déplace le réglage des pièces de la machine vers une station de réglage séparée et stocke les pièces pré-équipées dans une zone de stockage intermédiaire. Les pièces pré-équipées stockées dans le système compensent les courts et longs temps de course machine, et permettent des quarts avec très peu ou même pas de main-d'œuvre du tout, ce qui permet d'optimiser les prix unitaires jusqu'à 20 %.

Liebherr a développé la classe compacte PHS Allround pour utilisateurs universels. Selon l'entreprise, le PHS Allround comble le fossé entre la solution de système de chargement rotatif RLS d'entrée de gamme de Liebherr et le système de manipulation de palettes PHS Pro individuellement configurable. Le système de manipulation de palettes PHS Allround permet à un grand groupe d'utilisateurs de passer à une production flexible en combinaison avec des centres d'usinage 4 et 5 axes. Le nouveau concept modulaire en trois classes de poids pour charges jusqu'à trois tonnes est flexible et peut être individuellement configuré et étendu. Cela correspond à des tailles de palettes de 500 x 500 mm à 1000 x 1000 mm.

Automatisation sur mesure cible opérations secondaires pour cellule de fabrication de pièce d'extension de canon AR-15

Hydromat, un nom synonyme de production haut volume sur le plancher d'usine, a conçu et construit une cellule en processus personnalisée pour éliminer la manipulation additionnelle et les opérations secondaires pour une pièce d'extension de canon pour le fusil style AR-15 populaire. Précédemment, cette pièce aurait été produite sur plusieurs machines.

La solution a été fournie avec la technologie de machine EPIC d'Hydromat avec automatisation et processus d'usinage ajoutés. L'équipe d'ingénierie d'Hydromat a imaginé un processus qui ferait le travail sans aucune opération hors de la cellule — de la barre brute à la pièce finie.

Les ingénieurs d'Hydromat ont proposé un processus de cellule de production Barrel Extension OP 10 / 20 / 30. Cette solution inclut une sortie de la machine Hydromat EPIC vers une cellule de transfert à 4 stations brochage/estampage/ébavurage Op 20 intégrée sur mesure avant de retourner à la machine Hydromat pour l'Op 30 de finition de pièce. Pendant le processus d'usinage, la pièce est retirée de la machine, brochée dans une cellule séparée, puis retournée au processus de transfert rotatif pour être finie. La machine de transfert rotatif EPIC 32/45-16 inclut une intégration complète avec automatisation robot et cellule Op 20.

OP 10 commence avec un chargeur de barres en fagots qui alimente la barre dans un collet et coupe à la station un. La pièce brute est déplacée des stations deux à huit avec des processus d'usinage spécifiques à chacune pour les caractéristiques du premier côté de la pièce. À la station neuf de la machine EPIC, la pièce est extraite avec le premier robot FANUC du collet et placée en position ouverte sur le plateau d'alimentation dans la cellule de processus Op 20. Le second robot prend la pièce avec l'une des doubles mors Schunk et la place dans le mors à la position un de la table dans la cellule.

Après vérification laser de la position, la pièce est transférée à la seconde station. La pièce est extraite du mors par un système de transfert pneumatique et placée en position de brochage où la machine de brochage fait son travail.

Ty Miles Inc. (Westchester, IL) a fourni la machine de brochage et l'outillage pour l'opération. Une fois le brochage complété, le système de transfert pneumatique relocalise la pièce dans le mors avant qu'elle ne soit emmenée à la troisième position pour l'estampage.

La pièce est ensuite transférée à la quatrième position pour une étape finale de débavurage par brochage avant de retourner à la position un pour être déchargée et placée en position ouverte dans le plateau de déchargement. De cette position, la pièce est retournée à la machine Hydromat EPIC pour l'Op 30 aux stations 9H à 16H pour l'usinage des caractéristiques du second côté de la pièce. Une fois complété, un autre robot FANUC extrait la pièce d'extension de canon finie du collet et la place sur un convoyeur pour évacuation. Avec un temps de cycle de 15,0 secondes, le processus produit 240 pièces-par-heure de la barre brute à l'achèvement de l'usinage requis de la pièce. Après traitement thermique, un processus de meulage prépare la pièce pour le marché.