L'automatisation en action : Comment les fabricants exploitent la robotique pour réussir

Témoignages de fabricants ayant mis en œuvre l'automatisation : Pourquoi ils l'ont fait, quels ont été les résultats – et conseils aux autres qui envisagent un nouveau robot

Vous cherchez un nouveau pick-up ? Et si vous remplaciez ce vieux moteur de pêche à la traîne, ou essayiez de décider si le restaurant thaïlandais ouvert le mois dernier est bon ? Dans ces situations d'achat et bien d'autres, le meilleur conseil est souvent de parler avec des clients qui ont acheté ces produits ou mangé cette cuisine discutable. Quelles ont été leurs expériences ? Ont-ils reçu un bon service, et le produit a-t-il répondu à leurs exigences ? Peut-être le plus important, le rachèteraient-ils ?

Il en va de même pour les robots. Surtout les robots. C'est parce qu'étant donné la pénurie de main-d'œuvre persistante et la résurgence espérée des efforts de reshoring aux États-Unis et ailleurs, l'automatisation robotique est la clé de la croissance et de l'efficacité accrue de l'industrie manufacturière. Nulle part cela n'est plus vrai qu'avec les petites entreprises comme MT Solar Co. de Charlo, Montana, où le propriétaire et président Travis Jordan a fait face à une croissance rapide depuis la fondation de l'entreprise. Jordan s'est récemment tourné vers les robots collaboratifs (cobots) comme solution. Comme il s'est avéré, sa décision a changé la donne.

« Nous avons commencé par de la fabrication et de la fabrication générale il y a environ 12 ans, puis nous avons pivoté vers l'industrie solaire fin 2014 avec le lancement de notre première gamme de produits phares », a déclaré Jordan. « Nous avions investi dans une table de découpe plasma CNC peu de temps avant cela, donc notre flux de travail à l'époque impliquait la découpe automatisée des pièces individuelles et leur soudage manuel. Cette approche fonctionnait bien jusqu'à il y a quelques années, quand le marché solaire a vraiment commencé à décoller et que nous avons dû monter en puissance rapidement. Mais comme la plupart des ateliers de nos jours, nous avons eu du mal à trouver de la main-d'œuvre qualifiée. Nous avons décidé d'examiner la robotique comme moyen d'augmenter le débit sur certains de nos travaux de soudage répétitifs. »

Malgré sa croissance rapide et la demande en flèche, Jordan souligne rapidement que son équipe de production est axée sur les principes de fabrication Lean, et fabrique donc ses systèmes de montage personnalisables en petites séries sur une base juste-à-temps. Sa recherche d'une solution évolutive mais flexible l'a finalement conduit à Universal Robots USA Inc. (UR) basé à Ann Arbor, Michigan, où il a trouvé un système capable de répondre aux besoins de faible volume et haut mélange de l'entreprise. L'outil de soudage Cobot de UR, partenaire Vectis Automation à Loveland, Colorado, est équipé d'un cobot UR10e, d'un pendant intégré et d'un logiciel de « programmation DIY », et est attaché à une table de serrage modulaire portable avec alimentation intégrée de Rhino Cart.

Jordan a dit qu'ils ont testé un certain nombre de systèmes de haute qualité pendant leur recherche, mais la plupart étaient orientés vers des volumes de production plus élevés, pas les lots de douzaine de pièces et moins que MT Solar devait traiter, souvent sur une base horaire. La plupart nécessitaient également des cages de sécurité, une dépense que Jordan voulait éviter si possible. « Nos besoins en serrage sont également beaucoup plus simples qu'ils ne le seraient avec un robot conventionnel », a-t-il dit. « Si une pièce ne convient pas et nécessite un soudage manuel, quelqu'un peut simplement sauter là-dedans et le faire sur la même table, puis laisser le cobot reprendre le travail. Ce n'est pas possible quand vous avez affaire à toutes sortes de protections et de tables tournantes pivotantes comme vous en voyez avec la plupart des cellules de soudage automatisées. »

Peut-être son seul regret est de ne pas en avoir acheté deux. « Plus tard cette année, nous prévoyons d'introduire un autre cobot pour pouvoir en dédier un à la configuration et à la programmation et un second à la production », a déclaré Jordan. « Cela nous permettra d'atteindre un flux continu, comme nécessaire dans un environnement Lean. »

Espaces restreints

Steve Dillon partage une histoire de succès similaire avec les cobots, bien que avec une raison complètement différente. Le vice-président de CDP Diamond Products à Livonia, Michigan, il est parmi la troisième génération de fabricants d'outils dans la famille Dillon. Mais quand il a proposé à ses frères d'investir dans des robots pour faire tourner leurs huit machines d'électroérosion à fil (WEDM) FANUC 24/7, ils étaient sceptiques mais ont accepté d'essayer.

Comme son nom l'indique, CDP Diamond Products conçoit et fabrique une large gamme d'outils de coupe en diamant personnalisés. Une étape du processus consiste à charger l'outil brasé dans une table rotative et à découper au fil le profil souhaité sur chaque goujure, une opération qui prend généralement environ trois heures. Pour maximiser le temps de fonctionnement de la machine et augmenter le débit, Dillon a équipé la plupart des WEDM d'une paire de tables rotatives, mais cela ne lui donnait que six heures d'usinage sans surveillance. Il a contacté son distributeur FANUC, Methods Machine Tools Inc. à Sudbury, Mass., pour obtenir des conseils.

« Au début, ils ont suggéré plus de tables rotatives, mais ces choses sont follement chères, et je savais que je pouvais probablement obtenir un robot pour à peu près le même prix », a dit Dillon. « Le problème était l'espace au sol. J'avais construit des salles à température contrôlée autour des machines à fil pour maximiser la précision des pièces, et cela signifiait qu'il n'y avait pas de place pour les protections, cages et tout ça. Heureusement, FANUC venait d'introduire leur série de robots collaboratifs à peu près à ce moment-là. »

Similaire à la solution de soudage de MT Solar, Methods a fourni à CDP Diamond Products un support mobile contenant des poches pour deux douzaines de porte-outils HSK 63. À cela, ils ont attaché un robot collaboratif FANUC CRX, qui a assez de portée pour desservir deux machines. Selon le mélange d'outils, Dillon et son équipe peuvent maintenant faire tourner deux quarts ou plus complètement sans surveillance, et si un opérateur a besoin d'intervenir et de travailler sur l'une des machines, l'autre peut continuer comme avant.

« C'est si difficile de trouver des gens que, quand mon fils était au lycée, je lui demandais de venir la nuit pour alimenter les machines », a dit Dillon. « Juste l'autre jour, il a appelé de l'université, se demandant si nous avions du travail pour lui. J'ai dû lui dire : « Désolé, fiston. Tu as été remplacé par un robot. Maintenant, va étudier. » »

Match avec cages

Ron Douglas, propriétaire et président d'Associated MetalCast LLC à Oxford, Alabama, n'a pas de problème avec les cages. Son entreprise a installé un robot FANUC sur l'un de ses tours CNC Okuma Genos L300 il y a plusieurs années et Douglas est devenu depuis un fervent croyant en l'automatisation. L'entreprise en a maintenant trois telles cellules et prévoit d'en implémenter deux de plus cet été. Comme ce sont des « robots industriels » et non collaboratifs, des cages sont nécessaires pour protéger les humains, bien qu'une cellule n'utilise qu'un rideau lumineux. Quoi qu'il en soit, toutes sont chargées de charger et décharger des pièces, de les nettoyer dans les stations de lavage des cellules, et dans un cas, d'effectuer une inspection à 100 % sur une MMT intégrée.

Associated MetalCast ne coule ni ne forge des pièces. Douglas a fondé l'entreprise en 1998 et a choisi son nom en raison d'une étroite association avec des fonderies à travers le pays. Elle offre de l'usinage de précision, de la peinture, du traitement thermique, de l'assemblage et d'autres processus à valeur ajoutée pour une gamme d'industries, y compris l'agriculture, l'équipement lourd et l'infrastructure. Et bien que beaucoup de ses pièces finies commencent comme des pièces moulées ou forgées, Associated MetalCast et ses 96 employés usinent également beaucoup de barres et de plaques, offrant à ses clients une solution de fabrication « source unique ».

Quand on lui a demandé pourquoi il a commencé à automatiser, la réponse de Douglas n'était pas surprenante. « Étant donné nos défis pour trouver de la main-d'œuvre qualifiée ici en Alabama, l'automatisation continuera d'être une très grande partie de notre avenir. Non seulement cela augmente l'efficacité, le débit et la cohérence des pièces, mais cela libère aussi nos employés pour s'engager dans des tâches plus intéressantes que le chargement de machines. Tout cela est très important dans le monde de l'usinage d'aujourd'hui. »

Il a noté un autre point important, qui est d'embarquer les membres de l'équipe au début de tout projet d'automatisation. « Étonnamment, cela a été assez difficile au début », a dit Douglas. « J'ai eu du mal à obtenir l'adhésion des gens de l'ingénierie et de la production parce que c'était quelque chose de nouveau pour eux, et complètement en dehors de leur champ d'action. Mais une fois qu'ils ont commencé à voir les résultats et ont réalisé que l'automatisation était la bonne étape pour l'entreprise, ils l'ont soutenue. Entre leur soutien et celui de notre intégrateur robotique, le déploiement a été très réussi. »

Rompre avec la tradition

Duane Manth, directeur général de Manth Manufacturing Co., Tonawanda, N.Y., a une longue histoire avec les robots. Au cours des deux dernières décennies, il a investi dans diverses formes d'automatisation, y compris plusieurs tours CNC de type gang Wasino avec chargeurs à portique intégrés qu'il utilisait pour certains des composants à plus haut volume de l'atelier. Et bien que ces machines aient fait un bon travail pour lui, il voulait un robot plus flexible que ces portiques à deux et trois axes, et pouvant être utilisé dans une configuration cellulaire incluant des travailleurs humains.

« Tout au long de notre histoire de 40 ans, nous avons toujours essayé de devenir plus compétitifs, et là où c'est approprié, l'automatisation a joué un rôle dans cela », a dit Manth. « Alors quand mon responsable de fabrication Mike Rex et moi avons commencé à parler d'augmenter le débit sur l'une de nos cellules de production manuelle, il se trouve que le commercial d'Absolute Machine Tools s'était arrêté quelques jours plus tôt et avait déposé une brochure pour le OB7. Quelqu'un l'a mis sur mon bureau, et je l'ai lu et regardé l'étiquette de prix et assez vite je l'ai appelé et j'ai dit : « Dites-m'en plus sur celui-ci. » »

Le OB7 est un robot collaboratif de Productive Robotics Inc., une scission basée à Carpinteria, Californie, de ZBE Inc., qui construit des systèmes de caméra robotiques pour l'industrie du film. Manth ne se souciait pas de comment l'entreprise de 12 ans a commencé – tout ce qui l'importait était de réduire les coûts de main-d'œuvre dans sa cellule d'usinage à trois personnes. Il a acheté deux OB7 et les a utilisés pour tendre les tours CNC de la cellule, laissant une personne derrière pour faire fonctionner la rectifieuse cylindrique et garder un œil sur les cobots.

La solution était si efficace que Rex cherchait bientôt d'autres applications pour les OB7, les mettant éventuellement au travail sur des machines de rodage et de brochage. « Nous avons aussi un OB7 qui alimente une rectifieuse cylindrique dans une autre cellule, ce qui a libéré l'un des opérateurs pour travailler sur d'autres choses », a dit Manth. « Ils ont été un énorme succès. »

La poussée continue de son équipe et de lui-même pour une plus grande efficacité a conduit à l'acquisition de Manth Manufacturing fin l'année dernière par son plus grand client, Dynabrade USA de Clarence, N.Y. « Nous croyons fermement que l'automatisation est l'avenir de la fabrication, c'est pourquoi nous continuerons à investir dans les capacités de Manth tout en travaillant sur notre propre offre d'automatisation », a dit le président de l'entreprise Mike Buffamonti. « Dynabrade voit de nombreuses opportunités pour l'enlèvement de matière robotique et le conditionnement de surface, a donc commencé à travailler avec divers fabricants de cobots pour fournir des solutions de preuve de concept à nos clients. Nous sommes très enthousiastes à propos de cette prochaine étape de notre évolution. »

Définir les priorités

Rien de tout cela ne surprend Douglas Bingham, directeur principal de la technologie de fabrication à l'usine de Phoenix de Honeywell International Inc. Avec cinq divisions, plus de 100 000 employés dans le monde et 34 milliards de dollars de ventes l'année dernière, le fabricant basé à Charlotte, N.C., a une vaste expérience de l'automatisation. Qu'il s'agisse de lignes de détecteurs de fumée automatisées à Trieste, Italie, ou de cellules de soudage robotisées à Mexicali, Mexique, cette entreprise du Fortune 100 a déployé la technologie d'automatisation sur des centaines de sites de fabrication.

Ce qui manquait, a dit Bingham, c'est une stratégie globale à l'échelle de l'entreprise. « Chaque site a pris sur lui au fil des ans d'automatiser ce qu'il voyait fournir un retour sur investissement raisonnable. Et bien que cela ait apporté de bons résultats dans la plupart des cas, cela pourrait être bien plus efficace et rentable. C'est pourquoi nous avons formé l'équipe du Centre d'Excellence en Automatisation (COE) qui comprend un leader dédié à l'automatisation de chaque division.

Au lieu de réinventer la roue chaque fois qu'une nouvelle usine est construite ou qu'un produit est lancé, Bingham et ses homologues travailleront à standardiser les solutions d'automatisation de l'entreprise. Elle évaluera les opérations dans les sites clés, identifiera quelles technologies ou processus de fabrication sont les bons à automatiser, définira des benchmarks et développera des solutions modulaires, puis étendra ces solutions aux domaines où elles apporteront le plus grand bénéfice.

À cette fin, Bingham a récemment parlé lors d'une réunion d'une centaine de sociétés d'intégration. Il a décrit le projet et les priorités d'automatisation de son groupe – soudage, chargement de machines, ébavurage et inspection parmi elles – et a offert la déclaration de mission suivante : « Déployer des technologies d'automatisation intelligentes sur les processus clés dans notre empreinte centrale pour créer des opérations prévisibles, résilientes et efficaces. »

Il a ensuite suggéré que leur expertise externe serait nécessaire si Honeywell voulait accomplir cette mission, et les a invités à partager leurs idées. « Nous savions qu'il était important de s'engager avec ces experts et d'autres en amont pour faire les bonnes solutions de la meilleure manière possible, puis de standardiser autour d'elles », a dit Bingham.

Cette standardisation est cruciale, a-t-il ajouté, tout comme des cahiers des charges détaillés et des simulations précises de toute solution proposée. « Ce n'est pas quelque chose que nous aurions toujours demandé sur les précédents projets d'automatisation. Maintenant, c'est un must. Nous voulons voir comment la cellule fonctionnera avant de passer réellement un bon de commande pour elle. Avec cela vient l'exigence d'utiliser uniquement du matériel pré-approuvé – marques spécifiques de PLC et de robots, par exemple – et le développement de modules standardisés que nous pourrons ensuite copier-coller dans nos différentes installations. Cela aidera à éliminer le pot-pourri d'équipements que l'on voit actuellement dans certaines de nos usines, tout en rendant l'automatisation plus facile et plus rentable à déployer. Nous venons de commencer ce projet l'année dernière, mais je dois dire que nous voyons de nombreuses opportunités devant nous. »