Construire une chaîne d'approvisionnement robuste : comment les artisans outilleurs qualifiés stimulent l'innovation

INTELLIGENCE TERRAIN : Processus, Solutions et Stratégies Intelligents

Le COVID-19 a mis en lumière la fragilité de la chaîne d'approvisionnement manufacturière américaine. Répondre à des crises de nombreux types nécessite, au minimum, la capacité de réparer ou reconstruire rapidement les machines qui sont le fondement de notre économie.
L'artisan multi-compétent ou l'outilleur représente l'idéal vers lequel nous pourrions vouloir aller dans le futur.

L'outilleur peut accéder à de nombreux processus (usinage, formage, soudage, traitement thermique, etc.) et peut improviser en fonction des matériaux disponibles et des surprises inévitables.

L'inconvénient des artisans humains est qu'ils ne sont pas près d'être aussi reproductibles, précis ou forts que les machines. Ils ne peuvent pas non plus travailler en mode sans lumière, 24/7.
De nombreux collaborateurs et moi-même avons formé une vision du futur où des systèmes autonomes peuvent essentiellement agir comme des artisans qualifiés et utiliser de nouveaux outils pour le traitement soustractif, additif, d'assemblage et de déformation pour fabriquer et inspecter des composants de qualité assurée.

Deux choses sont nécessaires pour atteindre ce futur : une vision partagée pour un chemin vers la fabrication autonome hybride et de nouveaux outils pour actualiser cette approche :

La partie vision

Inspirés par la norme SAE J3016, définissant les niveaux d'autonomie de conduite, des niveaux d'autonomie de fabrication sont proposés.

Le niveau 0 représente l'absence d'automatisation. Le niveau 1 inclut le suivi de trajet CNC. Le niveau 2 inclut la correction d'erreur en boucle fermée. Le niveau 3 englobe les éléments Industry 4.0 de capture de données système large pour prendre des décisions.

Les niveaux 4 et 5 incluent plusieurs processus (ajouter, soustraire, assembler, couler, etc.) dans un cadre intégré. Au niveau 4, le système peut automatiquement brider et transférer le composant d'un processus à un autre.

Le niveau le plus élevé – 5 – imite une conversation avec un artisan qualifié où les compromis entre coût, performance et délai de livraison peuvent être discutés et, une fois choisis, exécutés sans intervention humaine tout en enregistrant les données critiques qui assurent la qualité du composant et en partageant l'expérience avec d'autres cellules de fabrication.

Nouveaux outils et processus

Cette vision nous libère des très gros outils, matrices et presses qui définissent souvent le délai et l'investissement en capital.

Au lieu de cela, nous pouvons imaginer de multiples petits outils pour ajouter, déformer et couper travaillant simultanément sur une pièce – un peu comme de multiples fourmis robotiques faisant des travaux variés mais avec un contrôle dimensionnel précis.

Alors que les universitaires de l'ingénierie se sont concentrés sur l'analyse des processus de fabrication hautement productifs, il y a beaucoup d'opportunités dans des processus plus petits, hautement contrôlés.

De nombreux processus de fabrication basés sur des outils simples et légers pourraient être assez puissants dans ce paradigme.

Par exemple, mon groupe développe des procédés de soudage par impact à l'état solide, locaux, à haute vitesse, qui utilisent des équipements très légers.

Parce qu'ils ne chauffent pas le matériau, il n'y a pas de distorsion thermique ni de dégradation des matériaux, et ils peuvent joindre des métaux très résistants et dissemblables.

Ces procédés et d'autres basés sur des outils légers et agiles seront au cœur de cet atelier automatisé nouveau.

Avec les avancées rapides dans les capteurs, le calcul, la robotique et les processus, il semble inévitable que ces innovations de processus compléteront notre production de masse existante très efficace pour créer des produits complexes de haute qualité quand et où ils sont nécessaires.