L'automatisation pour tous

L'automatisation n'était autrefois réservée qu'aux grandes usines, mais désormais les petits ateliers peuvent également en bénéficier

L'automatisation des ateliers de travail s'accélère, sous l'influence combinée de l'Industrie 4.0, de la pénurie continue de main-d'œuvre qualifiée dans le secteur de la fabrication et de la pandémie de COVID.

La disponibilité d'options robotiques et de transport de matériaux plus personnalisées que jamais aide les petits fabricants à produire plus tout en déplaçant les opérateurs vers des tâches à plus forte valeur ajoutée. La demande croissante d'équipements de protection individuelle (EPI), associée à la nécessité de protéger les travailleurs, a également intensifié les efforts d'automatisation des magasins.

Les avantages de l'automatisation, clairement amplifiés pendant la pandémie, ont été parfaitement résumés par Courtney Ortner, directrice marketing d'Absolute Machine Tools, basée à Lorain, dans l'Ohio :« Avec l'utilisation de cobots (robots collaboratifs), vous avez un partenaire de travail et vous ne vous n'avez pas à vous soucier de la distanciation sociale. De plus, de nombreux magasins perdent des travailleurs à cause de la quarantaine, ce qui permet à un magasin de continuer à fonctionner même avec la perte de personnel. Et nous ne pouvons pas oublier que les capacités de fabrication sans éclairage sont plus courantes en raison de l'utilisation de l'automatisation ; même avec un cobot, vous pouvez configurer une tâche le vendredi soir et le lundi matin, c'est fait, ce qui vous permet souvent d'avoir une longueur d'avance sur votre cycle de production."

Marche des Cobots

Les robots sont souvent la première chose à laquelle les gens pensent lorsque le sujet se tourne vers la fabrication automatisée. Leur variante sans danger pour l'homme, les cobots, continue de s'améliorer en termes de facilité d'installation, de flexibilité et de charge utile.

Depuis leur introduction il y a 15 ans, les unités d'Universal Robots (UR), Boston, sont devenues un pilier des ateliers de travail, en particulier dans les environnements à forte mixité et à faible volume. Avec une version de charge utile de 16 kg (UR16) introduite en 2019, UR continue de repousser les limites de l'intégration des robots dans un flux de production.

2020 a été une année particulièrement chargée, a noté Joe Campbell, responsable du marketing d'UR pour l'Amérique du Nord. Deux thèmes ont émergé :la réorganisation liée à la pandémie et l'adoption de nouveaux modèles de production.

Les petits magasins en particulier - pressés d'utiliser efficacement chaque centimètre de terrain limité - déploient des cobots pour maintenir les travailleurs socialement éloignés, a-t-il noté. "Si vous avez un cluster de trois outils, vous mettez un ou deux cobots pour donner aux opérateurs une marge de manœuvre."

De plus, les magasins prennent conscience de la façon dont les cobots peuvent augmenter les résultats. "Les magasins jettent un regard différent" sur l'horaire uniquement en semaine "et trouver l'équipe de fabrication est ouvert à plus de flexibilité." Un client d'UR a créé une équipe de week-end et a découvert que de nombreux membres de l'équipe avaient saisi cette nouvelle opportunité. Dans d'autres cas, les ateliers qui comptaient auparavant un seul opérateur qualifié qui effectuait la configuration et le chargement de la machine ont ajouté des cobots pour la fonction de chargement pendant que l'opérateur supervise plusieurs machines.

Les unités UR permettent d'économiser des heures d'atelier en temps d'installation. Ils peuvent être configurés pour fonctionner sur un sol, un mur ou un plafond via l'écran tactile; d'autres robots sont souvent spécialement construits pour une orientation particulière. Les temps de cycle sont également réduits, d'autant plus que les cobots UR peuvent être configurés avec un double préhenseur pour simultanément décharger une pièce finie et insérer une nouvelle ébauche.

La capacité d'UR à combiner ses cobots avec une gamme d'équipements et de logiciels tiers est essentielle à la flexibilité d'UR. Ceux-ci sont accessibles via le programme UR +, "une sorte de magasin d'applications" pour UR, a déclaré Campbell. Des interfaces mécaniques, électriques et logicielles pour les robots UR sont publiées et des tiers développent des produits pour répondre à ces spécifications. « Plus important encore, ils nous les soumettent pour test et validation. Si nous disons qu'un préhenseur est plug-and-play, c'est parce que nous l'avons testé. »

L'écosystème de 288 périphériques d'UR comprend des magasins de pièces, des systèmes de vision, des capteurs, des options de montage, des capots de robot et des applications. Par exemple, Beacon by Hirebotics permet aux opérateurs de surveiller les cobots via le cloud. "Vous pouvez consulter les statistiques de production et faire des ajustements à la volée", a déclaré Campbell.

En mars, le programme UR+ a été élargi pour inclure des kits d'application qui combinent des composants tels que des pinces avec un logiciel "pour résoudre un problème d'application particulier". Un kit, par Robotiq, comprend une ponceuse orbitale, du matériel de montage, des tuyaux d'aspiration et un logiciel qui permet aux utilisateurs de programmer un protocole de ponçage pour un produit comme des meubles ou des armoires. "Vous pouvez programmer des contours complexes en quelques minutes, pas en jours", a déclaré Campbell. Pendant ce temps, le kit ActiNav d'UR est un kit de chargement de machine flexible qui permet aux utilisateurs de prendre des pièces d'un bac et de les charger dans diverses machines avec une orientation précise. "Vous pouvez introduire une nouvelle pièce dans le système en moins d'une heure."

Une autre clé pour amener les magasins à adopter l'automatisation est l'option de formation virtuelle. UR a récemment franchi une étape importante en formant plus de 100 000 opérateurs en ligne via l'UR Academy, qui propose des modules de formation gratuits sur la programmation et le déploiement de cobots UR.

"Si vous devez envoyer vos trois machinistes en chef hors site pendant une bonne partie de la semaine pour se former, votre production est écrasée", a déclaré Campbell. Les petits ateliers sont "vraiment attirés par la possibilité de suivre 90 % de leur formation en ligne".

Chargement rapide pour l'avenir

En plus des pressions d'automatisation de la pandémie, la relocalisation de la production aux États-Unis est un autre moteur majeur de robots et d'équipements de chargement pour les ateliers.

"Les fabricants et les ateliers qui ont été historiquement lents à adopter la robotique commencent à adopter la robotique plus que jamais", a déclaré Jake Corning, chef de produit et ingénieur en mécanique pour Acieta LLC, Waukesha, Wis. "Comme il y a plus de connus que d'inconnus, les deux l'intérêt et les commandes ont augmenté depuis le début de la pandémie. Ils voient l'avantage que la robotique offre pour maintenir leurs machines en marche et la fabrication de pièces même en période de distanciation sociale, d'employés malades et/ou d'arrêts qui ont un impact sur les capacités de production."

De plus, la chaîne d'approvisionnement mondiale étant perturbée, "ils voient également que la pandémie va ramener une énorme quantité de délocalisations aux États-Unis. Ils seront confrontés à une pénurie de main-d'œuvre encore plus importante qu'avant la pandémie s'ils n'adoptent pas l'automatisation. En fin de compte, malgré la tragédie que la pandémie a infligée à notre pays, les fabricants américains adoptent déjà plus confortablement la technologie robotique et en voient les avantages qui amélioreront leur compétitivité, amélioreront la satisfaction et la fidélité au travail des travailleurs et offriront au consommateur américain des produits plus compétitifs prix.”

Acieta propose une gamme de solutions particulièrement adaptées aux routines à forte mixité et à faible volume, a expliqué Corning.

« Les systèmes FastLOAD CX1000 et CR2000 sont conçus pour être faciles à utiliser pour les nouveaux utilisateurs de robots », a-t-il déclaré. « Notre interface à écran tactile pour le CR2000 facilite l'utilisation du robot avec différentes tailles de pièces. L'opérateur n'a qu'à entrer les paramètres de la pièce et le système ajuste automatiquement le programme pour exécuter les nouvelles pièces. Les préhenseurs du robot et la fixation des pièces sont flexibles pour une grande variété de tailles de pièces, de sorte que de nombreuses pièces différentes peuvent fonctionner sur le même système."

Les changements sur le CR2000 peuvent être effectués en quelques minutes, et les systèmes CX1000, CR2000 et DR2000 sont conçus pour que le robot puisse continuer à fonctionner pendant que l'opérateur charge ou décharge des pièces. "Cela permet aux machines de fonctionner sans interruption pendant les pauses, les déjeuners et même en dehors des quarts de travail tant qu'il y a suffisamment de pièces entrantes."

Monté sur roues, le CX1000 est facile à manœuvrer en atelier. Il est également disponible avec plusieurs options de chariot de fixation à changement rapide et utilise le robot CRX-10iA/L de FANUC, « qui possède une interface à écran tactile très facile à utiliser avec des icônes de programmation par glisser-déposer », a déclaré Corning. "Lorsque vos défis sont plus complexes ou à plus grande échelle, nos solutions personnalisées peuvent également être conçues pour des séries de pièces à grande diversité et à faible volume en utilisant des technologies telles que la vision, les changeurs d'outils en bout de bras et les fixations flexibles."

Les cellules de surveillance des machines d'accompagnement d'Acieta se sont avérées populaires, a noté Corning. « Ce sont des systèmes robotisés standard conçus pour fonctionner avec une grande variété de pièces. Puisqu'il s'agit de produits standard préfabriqués, ils sont beaucoup moins chers qu'un système personnalisé traditionnel et peuvent être livrés en aussi peu qu'une semaine. Les trois systèmes peuvent s'occuper de plusieurs machines-outils à la fois. De plus, nos systèmes CX1000 et CR2000 utilisent des robots collaboratifs, qui aident à maximiser l'utilisation de l'espace au sol car ils ne nécessitent pas de clôture de sécurité. »

Pour les ateliers qui s'automatisent pour la première fois, un excellent point de départ est le CX1000 collaboratif, a déclaré Corning. En libérant les travailleurs des tâches répétitives, l'automatisation leur permet «d'apprendre à programmer ou à faire de la maintenance sur un système robotisé. Un opérateur qui s'occupait auparavant d'une seule machine peut désormais gérer des systèmes robotiques sur plusieurs machines. »

Résoudre les problèmes essentiels

Grâce à sa compréhension intime des besoins uniques des ateliers d'usinage et de travail, Methods Machine Tools Inc., Sudbury, Mass., aide les fabricants à automatiser dans le but de générer plus d'affaires tout en créant une main-d'œuvre plus qualifiée.

« Nous avons besoin de plus de bons machinistes », a affirmé John Lucier, responsable de l'automatisation FANUC pour les méthodes. « C'est en cela que les robots nous aident. Les robots aident les ateliers à obtenir plus d'emplois afin qu'ils puissent mettre plus de machinistes au travail. Un machiniste bien formé ne charge pas et ne décharge pas les machines, "il les configure, sélectionne les outils et écrit les programmes".

Comme d'autres fournisseurs, Methods a connu un pic d'automatisation liée à la pandémie, a-t-il déclaré, en particulier pour la production de pièces de ventilateur.

Avant la pandémie, Lucier s'est rappelé avoir visité de nombreux magasins à faible volume qui envisageaient l'automatisation pour la première fois. Les opérations à volume moyen qui changent de cellules deux ou trois fois par semaine pour produire environ 5 000 pièces deviennent courantes, et Methods fournit la gamme Job Shop Cell Pro basée sur un convoyeur pour ces environnements. Les séparateurs de voie réglables permettent un changement rapide entre les petites et les grandes pièces. Une autre option populaire est une série de tiroirs comportant une plaque en acier ou en aluminium avec des trous pour 20 à 40 pièces.

La tenue de travail est une autre considération majeure, a ajouté Lucier ; les étaux automatisés sont une solution relativement simple. «Cela n'a pas besoin d'être complexe, avec des pinces pivotantes et des choses comme ça. Cela pourrait être quelque chose comme un bon vieux mandrin ou un étau avec un système pneumatique ou hydraulique pour s'ouvrir et se fermer, et vous fabriquez vos propres mâchoires, un peu comme ce que font de nombreux magasins avec des séries d'environ 50 pièces.

Pour les pièces à faible volume, même aussi petites que des lots d'un seul, Methods propose les systèmes de carrousel de stockage rotatifs robotisés Plus-K et Plus-K 60. « Nous ne rendons pas le robot spécifique à une pièce ; le robot est configuré pour faire entrer et sortir le serrage générique de la machine, qu'il s'agisse d'un petit étau ou d'une palette. Le robot est configuré pour saisir une caractéristique commune à l'avant du porte-pièce. Les pièces sont chargées dans un étau manuel et le robot est préprogrammé pour agir comme un système de chargement de palettes ; aucune programmation par l'utilisateur final n'est nécessaire. Ce système améliore également l'offre d'outils standard sur le RoboDrill, passant de 21 à 161 outils en option.

Avec des solutions comme celles-ci, les job shops voient généralement un retour sur investissement en moins de 12 à 18 mois. « Notre objectif est de vous convaincre de l'exécuter en deux ou trois équipes, de prendre une cellule robotisée, de remplir le système d'alimentation avec des pièces et de rentrer chez vous à 17h00, et d'obtenir deux à six heures d'autonomie. Si je peux obtenir un système automatisé qui gère 80 % du travail que vous prévoyez d'effectuer, nous nous en sortirons très bien."

Les solutions d'Informing Methods sont un lien de longue date avec les ateliers de travail et la connaissance de leur fonctionnement, a noté Lucier, lui-même machiniste de métier. Par exemple, il rappelle souvent aux ateliers qu'ils peuvent usiner leurs propres pinces en acier ou en aluminium. Et, peaufiner les programmes pré-fournis sur les robots peut être plus facile que la programmation CNC. Le groupe d'intégration de l'automatisation de l'entreprise est parfaitement conscient des problèmes liés aux machines-outils, du liquide de refroidissement et des copeaux à la rotation des outils, à la durée de vie des outils, à l'ébavurage, etc.

"Si vous allez mettre des robots sur des machines-outils, vous voulez un intégrateur de robots qui le fasse", a conclu Lucier. "Les avantages des robots ne devraient pas être difficiles à justifier."

Évaluer les besoins, ajouter de la vitesse

Comprendre les besoins d'automatisation d'un atelier commence par une évaluation approfondie du volume requis pour augmenter la productivité.

Lorsqu'il est embauché par un client, a déclaré Ortner d'Absolute, "nous faisons une disposition du système, décidons des meilleures pratiques pour automatiser - systèmes de convoyeurs, robots, manipulation des matières premières, manipulation des pièces finies - puis le concevons en CAO pour garantir que toutes les pièces s'adaptent à leur sol. planifier, tout en respectant leur budget. »

En plus d'offrir une gamme d'équipements d'automatisation standard, des cobots à la manipulation des pièces en passant par la surveillance, Absolute "offre un package clé en main", a déclaré Ortner. "Nous recherchons ce que nous pensons être la meilleure solution et travaillons avec ces fournisseurs pour assurer le succès."

L'expérience d'Absolute dans la recherche du bon équipement est clairement payante, a-t-elle noté. « Un client utilisant un cobot OB7 obtient 20 % d'efficacité en plus et beaucoup moins de rebuts en un quart de travail. Ils sont en mesure de réduire les délais de livraison de deux semaines sur ce cycle particulier, ce qui ouvre la machine ou la cellule pour un travail supplémentaire pour un retour sur investissement plus élevé. De plus, comme ils n'ont pas à effectuer des tâches répétitives aussi souvent, il y a moins de demandes d'indemnisation des travailleurs pour l'entreprise et les travailleurs ne s'absentent pas aussi souvent, ce qui permet à [l'atelier] d'économiser beaucoup d'argent. »

Comme d'autres ateliers l'ont découvert, la disponibilité accrue des opérateurs pour d'autres tâches signifie souvent « qu'ils ont plus de temps pour contribuer aux processus globaux, comme les contrôles de qualité. Ils sont plus impliqués dans la gestion des processus plutôt que de simplement appuyer sur des boutons et sont moins ennuyés et fatigués."

L'obtention de ces avantages peut être étonnamment rentable, a ajouté Ortner. « Notre gamme de cobots de Productive Robotics commence à 34 900 $ pour le package CNC de base. Vous pouvez passer d'un package CNC de base à une cellule entièrement intégrée utilisant plusieurs cobots, convoyeurs, mesures en cours de processus et méthodes de présentation des pièces. »

Surveillance pour plus de sortie

Pour aider les ateliers à respecter le calendrier des travaux et à exécuter davantage de projets sans surveillance, Mitsubishi Electric Automation Inc., Vernon Hills, Illinois, propose son Integrated Machine Analytics (IMA) basé sur MTConnect pour la surveillance des machines. L'application IMA Mobile offre une entrée facile à installer dans la surveillance des machines.

Avec IMA, les magasins « sont en mesure de mieux comprendre la production, ce qui aide à planifier avec précision les travaux pour tirer pleinement parti de leurs machines disponibles et de leurs heures de travail, ainsi qu'à soumissionner plus précisément pour plus de travaux », a déclaré Robert Brodecki, chef de produit du service mobile IMA. pour Mitsubishi Electric Automation.

Le seul matériel requis est le câblage Ethernet et un concentrateur/commutateur en cas de connexion de plusieurs machines, et la configuration d'une machine ne prend que 5 à 10 minutes, a-t-il expliqué. "Avec le point de faible coût, les utilisateurs peuvent voir le retour sur investissement en quelques jours, surtout s'ils exécutent une production sans surveillance ou éteinte et ont perdu du temps de production en raison d'une panne de machine et ne le découvrent que plus tard. Avec les notifications d'IMA Mobile, vous saurez en 10 à 15 secondes si une machine a cessé de couper, où que vous soyez."

La surveillance des machines améliore considérablement le débit, a-t-il ajouté. « Rien qu'en regardant l'état d'exécution, de nombreux ateliers ont généralement des machines qui exécutent des tâches entre 25 et 40 % de leur temps disponible. Grâce à une simple surveillance de l'état actuel via IMA Mobile, ils peuvent rapidement passer à 50 % ou plus en étant en mesure de s'occuper immédiatement de toute machine qui a arrêté la production pour une raison quelconque. Il s'agit également de données réelles provenant directement de la machine; cela supprime le jeu de devinettes sur la durée de coupe de la machine, au ralenti ou éteinte. Les heures machine disponibles sont augmentées en exécutant plus d'équipes avec moins de travailleurs (ou sans surveillance) sans perte de production en raison d'un arrêt inattendu.

Avec IMA Mobile, les opérateurs peuvent passer à des tâches à valeur ajoutée "sachant que l'application les avertira lorsque le travail sera terminé ou interrompu par quelque chose qui nécessite une attention."

Avec un coût d'entrée relativement faible, a noté Brodecki, IMA permet aux utilisateurs "de comprendre leur production et d'apporter des améliorations, ainsi que de démarrer des projets d'usinage plus simples et sans surveillance tout en étant assuré que leurs machines continuent de fonctionner. Comme tout est construit autour de la norme MTConnect, si un utilisateur décide de passer à un système de surveillance plus approfondi et personnalisable, il n'a pas besoin de payer pour que ses machines soient à nouveau connectées ; ils pointent simplement le nouveau logiciel vers les agents MTConnect et les données de la machine sont rapidement accessibles.”

Cette facilité d'accès a été particulièrement importante pour l'automatisation à l'époque du COVID, a-t-il conclu. "Cela a du sens, car les entreprises cherchent à automatiser davantage, mais il est difficile de savoir exactement où et comment sans données de production précises pour identifier les domaines à automatiser. Au début de la pandémie, de nombreuses entreprises avec lesquelles nous parlions étaient encore hésitantes quant à la surveillance des machines. Alors que la pandémie s'est poursuivie et que les entreprises ont réalisé qu'elles n'allaient plus pouvoir éviter les solutions d'automatisation et de travail à distance, elles ont placé ces projets en tête de liste."