PMI booste l'efficacité du soudage avec des robots collaboratifs

Processed Metal Innovators LLC (PMI), Bloomer, Wisconsin, est un fabricant métallique qui produit des centaines de pièces métalliques estampées et soudées différentes pour l'équipement lourd, automobiles, appareils électroménagers, et plus. Les tailles de pièces vont de quelques pouces à 10' (3,048 m), et de matériau mince à 3/4" (19,05 mm) et plus épais.

PMI a commencé avec six employés au début des années 1990. Elle a déménagé à son emplacement actuel en 1998 et a grandi pour employer bien plus de 100 employés. L'installation a commencé avec environ 60 000 pi² (5 574 m²) et s'est depuis étendue à plus de 130 000 pi² (12 077 m²).

Avec peu de soudeurs certifiés disponibles et les soudeurs robotiques traditionnels incapables de gérer de petites séries, PMI s'est tournée vers le nouveau soudeur BotX alimenté par cobot Universal Robots pour augmenter la productivité et la rentabilité.

Erik Larson, vice-président des opérations chez PMI, était fatigué de refuser du business à cause des pénuries de main-d'œuvre. « Il y a eu beaucoup de business qui a frappé à notre porte », dit-il, « et beaucoup dans le passé nous avons dû ne pas soumissionner parce que cela nécessitait du soudage. Nous n'avons qu'environ sept soudeurs et pour certains de ces travaux nous en avions besoin de neuf ou dix. Actuellement, nous avons assez de devis dehors que nous aurions dû embaucher 30 soudeurs de plus. » Avec la pénurie de main-d'œuvre au Wisconsin avant le nouveau coronavirus (COVID-19) rendant difficile l'embauche de soudeurs certifiés et avec les soudeurs robotiques traditionnels non faisables pour la production high-mix/low-volume, Larson avait besoin d'une autre option.

L'entreprise s'était déjà tournée vers les robots collaboratifs d'Universal Robots (UR), Odense, Danemark et Boston, pour charger deux presses mécaniques dans le passé.

Les cobots ramassent les pièces d'un convoyeur, les placent dans les presses pour l'estampage, et retirent les pièces vers un autre convoyeur. Les robots collaboratifs sur les presses s'arrêtent automatiquement quand quelqu'un entre dans la cellule de travail, prouvant être sûrs et rentables et permettant aux travailleurs de passer à des rôles à plus haute valeur.

Les cobots ont été implémentés par Hirebotics, un Intégrateur Système Certifié UR qui fournit des robots connectés au cloud facturés à l'heure pour le temps qu'ils travaillent, éliminant les dépenses capitales et simplifiant les applications. Ce succès a conduit PMI à trouver des applications à automatiser pour continuer à grandir. Quand PMI a entendu parler du nouveau soudeur BotX d'Hirebotics, les pièces se sont mises en place.

« Nous avons sélectionné les robots BotX du fait qu'ils sont des robots collaboratifs et vous n'avez pas besoin d'un grand système de protection autour d'eux. Ils sont très petits, faciles à utiliser, et très faciles à programmer. C'est un package gagnant-gagnant — c'est le futur pour faire de petits soudages », dit Larson.

Le soudeur BotX est conçu pour une implémentation et programmation faciles, et combine une expertise de soudage extensive et deux ans de collaboration de développement avec Red-D-Arc, Airgas, et Air Liquide. Rob Goldiez, co-fondateur et CEO d'Hirebotics, dit : « Universal Robots est un excellent choix pour cette plateforme à construire autour pour plusieurs raisons : l'une est que c'est une plateforme extrêmement ouverte. Cela nous permet de contrôler comment ce robot performe depuis le cloud, et le nouveau e-Series a des capacités uniques dans son capteur de force-couple intégré, dont nous tirons parti pour fournir une meilleure expérience utilisateur pour le client final. »

Les clients peuvent enseigner à BotX les soudures requises via l'application Hirebotics sur un smartphone ou tablette en utilisant des bibliothèques de soudage développées pour BotX.

« L'équipe Hirebotics est arrivée, ils ont déchargé le BotX de leur camion de location, et dans les deux heures ils l'avaient mis en place. Dans la demi-heure, je le faisais tourner et le programmais et le faisais tout seul », dit Shaun Bruce, responsable robotique et automatisation de PMI, insistant sur l'application Hirebotics. « Je ne suis pas un soudeur certifié, mais je suis capable de facilement juste charger un programme, et j'ai mes tables mappées en images, donc je sais où mettre mon outillage et mon système de bridage, et je suis capable de basculer entre pièces en l'espace de 15 minutes », dit-il.

Un concept clé du système robot BotX d'HireBotics est qu'il n'y a pas d'investissement capital upfront. Hirebotics livre et met en place le système et tout ce que le client a à fournir est le gaz et l'alimentation standard. Après une évaluation des risques, aucune protection spéciale n'est requise, et l'entreprise paie un taux horaire juste pour le temps où le robot soude réellement. « Comparé à ce qu'un employé aurait pour son salaire horaire, plus tous leurs coûts overhead, vous économisez probablement la moitié de ce que vous paieriez un soudeur normal », dit Larson.

Le nouveau système de robot de soudage a déjà eu un impact sur la capacité de l'entreprise à prendre de nouveaux travaux, malgré la pénurie aiguë de soudeurs, explique Larson. « Avec le nouveau système BotX, nous pouvons aller dehors et soumissionner du travail que nous n'avons pas pu soumissionner avant, parce que nous savons qu'au moment où nous acceptons le bon de commande, nous pouvons avoir un robot ici et être prêts à souder les pièces avant même d'avoir la première commande dans la porte. »

Un autre bénéfice significatif est la capacité de PMI à faire certifier les soudures BotX pour les clients qui l'exigent. « Cela veut dire maintenant que nous n'avons pas besoin d'utiliser des soudeurs certifiés pour superviser l'opération. Aussi longtemps que le programme du soudeur cobot est certifié, n'importe quel opérateur peut surveiller le soudeur cobot. Cela débloque vraiment beaucoup de nouvelles ressources pour nous », dit Larson.

C'est possible parce que le robot et le programmeur sont certifiés par des inspecteurs de soudage, appliquant les mêmes tests qu'un soudeur humain traverse pour la certification, en utilisant des échantillons de soudure et tests destructifs pour certifier la soudure.

Dit Larson, « Avec le nouveau système BotX, nous pouvons apporter un robot et le faire tourner sur trois quarts et ne pas avoir à embaucher trois soudeurs, donc si nous avions besoin de 30 soudeurs, nous pourrions avoir 10 robots qui tournent. Nous devons embaucher des employés pour faire tourner les robots, mais maintenant ils n'ont pas à être des soudeurs qualifiés. Cela libère vraiment beaucoup de ressources pour nous. »

PMI a aussi des robots de soudage traditionnels en interne, mais ils nécessitent des outillages de bridage qui peuvent prendre jusqu'à 16 semaines à construire. Surtout pour les pièces de petites séries, PMI a trouvé que les fixations n'étaient pas rentables. Larson de PMI explique la différence avec le système collaboratif BotX.

« Les tables qui viennent avec le robot BotX incluent des systèmes de bridage et tout ce dont vous avez besoin pour pouvoir juste brider votre pièce sur la table et tirer quelques photos. Vous avez un petit diagramme et chaque fois que vous allez remettre ce programme, vous pouvez mettre votre pièce en place la même chose qu'avant, donc ça ne prend pas une grande fixation ou une fixation chère. Il n'y a pas d'investissement capital dedans, et c'est juste plug-and-play. »

En plus, les temps d'arrêt sur robots traditionnels peuvent prendre jusqu'à deux semaines pour avoir un technicien de service pour adresser le problème. En comparaison, le système BotX d'HireBotics inclut une option de service 24 heures qui répond avec la touche d'un bouton dans l'application Hirebotics. Dit Larson, « Vous allez sur votre téléphone, vous cliquez l'application, et ils répondront. » Son collègue, Shaun Bruce, a ajouté, « Si j'ai n'importe quel genre de problème, je peux messager Hirebotics sur cette appli et avoir instantanément une réponse. Ce n'est pas des heures d'attente, des jours d'attente ; c'est des secondes parfois et pour le dépannage temps réel, le problème est résolu en minutes. »

Comme dans tout atelier de soudage, la marge de profit sur les grosses soudures est significativement plus grande que sur les petites soudures. « Nous pouvons maintenant réallouer nos soudeurs manuels existants pour gérer les grosses pièces, pendant qu'on arrive encore à faire les petites pièces », dit Larson. « Donc on ne remplace personne dans notre entreprise avec des robots ; on bouge juste les gens là où ils ajoutent le plus de valeur. »

Larson a aussi trouvé que les robots attirent les travailleurs plus jeunes, qui sont souvent difficiles à embaucher et retenir dans les emplois manufacturiers. Il dit : « Nous avons découvert quand nous avons mis ces robots et cherchions une personne pour être le responsable robotique et technologie, nous avions beaucoup de jeunes employés tous intéressés à postuler pour ce poste. Ils aiment leurs téléphones et ils aiment les ordinateurs. C'est un gros succès pour la génération plus jeune qui sont dans la technologie et veulent pouvoir travailler avec et programmer des robots. »

Alors que les jeunes peuvent graviter vers l'utilisation de robots collaboratifs pour le soudage, utiliser un cobot dans l'industrie de la fabrication a pris du convaincre, explique Rob Goldiez d'Hirebotics. « La plupart des gens qui ont été autour de l'industrie depuis longtemps croient que le soudage — qui est une tâche lourde — est mieux adapté pour les robots traditionnels. Ils ne pensent pas qu'un robot collaboratif est à la hauteur. Une des premières choses qu'on a dû faire était de prouver à nos partenaires chez Airgas et Air Liquide qu'un robot collaboratif peut souder efficacement. »

« Cela a été prouvé de façon retentissante, et ce n'est pas juste le mouvement de déposer une soudure », continua Goldiez. « C'est le robot déposant une soudure et puis la coupant et l'analysant et la radiographiant pour s'assurer qu'elle rencontre les standards qu'ils attendraient et voudraient présenter à leur base clients. »

Une fois convaincus, ces partenaires experts ont joué des rôles importants dans le développement et l'implémentation de BotX. « Les équipes chez Air Liquide, Airgas, et Red-D-Arc avaient une expertise profonde, profonde en soudage qui est utilisée pour construire une bibliothèque de soudage délivrée via le cloud aux robots », dit Goldiez. « Ce sont des bibliothèques de soudage qui sont développées dans un centre R&D qu'Air Liquide a avec des experts en soudage internationalement reconnus. »

Hirebotics est aussi capable d'incorporer rapidement le retour client. Alors que les premières versions fournissaient des soudures basiques comme lignes droites, soudures par points, et soudures d'accroche, le retour utilisateur de clients précoces comme PMI a poussé Hirebotics à développer rapidement des processus plus sophistiqués, incluant soudures multi-segments et radiales.

Cette expertise rend maintenant des résultats concrets, incluant une constance que même les soudeurs manuels ne peuvent pas rencontrer. Dit Larson de PMI, « Avec le système robot BotX, la qualité des soudures est géniale parce que si vous programmez une soudure pour être à cet endroit spécifique, la soudure va être à cet endroit spécifique. Si vous la programmez pour être à 2" (50,8 mm) sur cette couture, peu importe qui fait tourner ce programme ou qui met la pièce en place, ça va être tous les 2" sur cette couture. » Ce n'est pas nécessairement le cas avec les soudeurs humains, ajoute Larson. « Vous revenez au soudeur manuel traditionnel, et ils ne sont pas sûrs de combien c'est 2" — ça pourrait être 1,25" (31,75 mm), ça pourrait être 1,5" (38,1 mm), ça pourrait être un gap de 2", ou un gap de 2,5" (63,5 mm). Donc ça enlève vraiment les conjectures pour s'assurer que vous déposez la soudure au bon endroit. »

Pour plus d'information sur Processed Metals Innovators, visitez www.pmillc.com ou appelez 888-877-7277. Pour plus d'information sur Universal Robots, visitez www.universal-robots.com ou appelez 844-462-6268.