Travailler avec des systèmes d'intégration internes

Personne ne connaît mieux son entreprise que les personnes qui y travaillent. La propriété, la direction et les travailleurs font face quotidiennement aux nombreux avantages et inconvénients de toutes les entreprises, en particulier celles qui tentent de gagner leur vie dans le monde en évolution rapide de la fabrication de pièces usinées de précision.

Bien que de nombreux tiers anxieux se tiennent dans les coulisses pour aider les magasins à passer à de nouvelles et meilleures méthodes de fabrication, les meilleures réponses peuvent parfois se trouver entre les quatre murs du magasin. Cela résume une philosophie de base chez Vanamatic Company, située à Delphos, Ohio.

Vanamatic est un fabricant de pièces usinées de précision de troisième génération, comptant 90 employés, qui est fier de l'autonomie et des capacités de résolution de problèmes de l'entreprise. La direction cherche d'abord des réponses en interne, en impliquant les employés dans l'exercice problème/solution et seulement ensuite en se tournant vers les ressources externes nécessaires pour combler les lacunes.

Au fil des ans, l'utilisation de cette approche « faire plus avec moins » a montré qu'avec un environnement qui se concentre d'abord sur l'exploitation des talents internes, les réponses viennent plus facilement et avec l'avantage supplémentaire de l'adhésion des employés. C'est une formule réussie qui a permis à l'entreprise de traverser de nombreuses tempêtes depuis sa création en 1954.

Le dernier mouvement majeur d'intégration de systèmes de l'entreprise consiste à automatiser plusieurs opérations à l'aide de robots collaboratifs (cobots) qui peuvent travailler de manière autonome ou agir comme un acolyte en coopération avec un travailleur humain. Les cobots sont un développement relativement récent et qui fait des robots des outils beaucoup plus pratiques dans l'atelier, en particulier un aussi encombré que celui de Vanamatic.

Un bon début
Au fil des ans, Adam Wiltsie, directeur d'usine, a conçu et développé des économies de main-d'œuvre et des améliorations de processus dans tout l'atelier. L'un de ces appareils a commencé comme une combinaison de nettoyage de pièces et de carrousel d'accumulateurs.

Il s'est transformé en une station de mesure assignée à la machine, équipée des jauges appropriées nécessaires aux pièces produites. Il est relié au système ERP central de l'atelier, donnant à l'opérateur des informations d'état en temps réel et un accès aux informations de configuration, de mesure et d'exécution des travaux à portée de main. Ces unités ont été conçues, construites et intégrées en interne.

M. Wiltsie a également dirigé l'automatisation du pick-and-place pour le chargement et le déchargement des tours et des fraiseuses dans l'atelier. Fondamentalement, ces unités étaient des chargeurs / déchargeurs mécaniques à navette conçus pour soulager la monotonie de l'utilisation d'un opérateur pour effectuer les tâches. Il s'agissait à peu près d'une automatisation fixe avec peu de flexibilité.

Les robots représentaient une avancée logique pour Vanamatic. Après avoir vu un cobot (un robot doté d'une détection de proximité capable de travailler en toute sécurité à côté d'une personne) en démonstration lors d'un salon professionnel, M. Wiltsie a pu constater que la technologie avait répondu aux besoins de son magasin. Un bras articulé à six axes, travaillant à côté d'un opérateur, sans avoir besoin d'une cage de sécurité, était parfait. Et la station d'assemblage de Rich Lindeman était un endroit parfait pour commencer.

Le premier cobot de Vanamatic était Ethel. Elle a été nommée par son gestionnaire, M. Lindeman, qui a récemment célébré 50 ans de service à temps plein avec l'entreprise. Pour l'opération d'assemblage pour laquelle Rich et Ethel ont été jumelés, Rich s'est peut-être vu dans le rôle de Lucille Ball et de son cobot en tant que sa fidèle amie, Ethel Mertz, travaillant sur le convoyeur de bonbons au chocolat.
La tâche d'assemblage que M. Lindeman aurait effectuée est un processus en huit étapes qui commence par une palette de 144 pièces. M. Lindeman prend la pièce, vérifie une mesure de longueur critique sur une jauge, assemble un petit joint torique à l'extrémité de la pièce, fait sauter l'ID, pousse une entretoise sur un ensemble de filetages pour s'asseoir contre un hexagone, vérifie l'assemblage et le place dans un emballage pour l'expédition.

Selon M. Wiltsie, directeur de l'usine de Vanamatic, "Rich n'a aucun problème à faire cela et a fait ce travail avec succès pendant un certain temps. Il ne s'agit pas d'effectuer la tâche une seule fois ; il s'agit de l'exécuter 500 000 fois, ce qui était la quantité commandée pour cet assemblage », dit-il. "C'est une pièce prête à l'emploi pour un système d'injection de carburant et doit être correcte. Je n'ai que 40 ans et j'ai fait le montage moi-même. J'avais mal après quelques milliers et avec une qualité moins que parfaite. Sans vouloir dénigrer M. Lindeman, l'assemblage pour cet ordre particulier n'était pas destiné à un humain et, comme je l'ai découvert, n'était pas humain non plus.

Ethel est un modèle UR3 construit par Universal Robots. C'est le plus petit cobot fabriqué par UR et il a une amplitude de mouvement presque équivalente à celle d'un humain. La charge utile est de 6,6 livres, la portée de rayon est de 19,7 pouces et l'empreinte de l'unité est de 5,9 pouces carrés. Cependant, pour l'application d'assemblage d'injecteurs de carburant de Vanamatic, le robot n'était que le début.

L'ergonomie est une considération importante pour l'aménagement d'un espace de travail pour un travailleur humain. Les considérations comprennent l'endroit où le travail entre dans la zone d'activité, le placement d'équipements auxiliaires tels que des jauges de mesure pour cette opération d'assemblage, où les joints toriques et les entretoises sont placés par rapport à l'activité d'assemblage et l'orientation des pièces usinées ainsi que l'emplacement de l'emballage sortant.

Alors que l'ergonomie est importante pour M. Lindeman, elle est d'une importance cruciale pour Ethel. Elle est intelligente, mais n'a pas la capacité de prendre des décisions de changement de mouvement subtiles et l'intelligence pour s'adapter au-delà de sa programmation, même si elle inclut des sous-programmes pour gérer les joints toriques ou les entretoises manquants. Cela sera résolu avec des systèmes de vision à l'avenir. Pendant ce temps, l'utilisation de "poka-yoke" pour les plateaux entrants est un moyen simple et fiable de s'assurer que le programme d'Ethel démarre du bon pied à chaque fois.

Les ingénieurs de Vanamatic utilisent la modélisation CAO pour illustrer divers aspects du processus de fabrication, tels que l'agencement de l'usine, les simulations de machines et d'autres représentations graphiques et virtuelles des zones de l'entreprise. Ces compétences ont été appliquées à la préparation de la zone de travail pour M. Lindeman et Ethel. Les ingénieurs peuvent le voir, l'exécuter et le tester par simulation avant que quoi que ce soit ne soit construit ou acheté.

« Les outils de programmation du cobot sont complets et bien conçus pour être faciles à utiliser », déclare M. Wiltsie. « Nous avons apporté à la fête notre capacité interne bien rodée à concevoir et à construire l'environnement de travail de la cellule. Notre capacité à intégrer le cobot dans un système comprenant les huit opérations nécessaires à l'assemblage de la partie injecteur de carburant a permis à l'entreprise d'économiser un investissement considérable. Un autre avantage est qu'avec notre capacité de conception et de construction en interne, nous pouvons facilement apporter des modifications et des améliorations au fil du temps."

Aujourd'hui, l'opération d'assemblage de M. Lindeman consiste en deux étapes par M. Lindeman, le chargement de la palette et l'emballage de la pièce finie. Ethel fait les six opérations intermédiaires. Ils ont une excellente relation.

Encore
L'installation d'Ethel chez Vanamatic a été un succès. Il fait son travail d'assemblage sans se plaindre et, plus important encore, sans pièces défectueuses expédiées.

Un deuxième cobot, également un UR3, est arrivé chez Vanamatic moins d'un an après Ethel. Nommée Roxy par son maître, Gene Dickman, sa mission était plus simple qu'Ethel. Fondamentalement, elle s'occupe des besoins d'un tour Omni-Turn, en le chargeant d'ébauches et en enlevant les pièces tournées finies.

Pour cette opération, c'est la souplesse de Roxy qui fait sa force. L'Omni exécute des parties à volume plus faible et à mixage plus élevé. La capacité de changer rapidement de programmes et d'effecteurs finaux (pinces) est la clé de son succès.

Avec cette application, Vanamatic a fait appel à son ingénierie interne pour concevoir et intégrer le double préhenseur, ainsi Roxy n'a besoin d'entrer qu'une seule fois dans la machine pour charger et décharger ses pièces. Le faible encombrement et le poids relativement léger du robot (24,3 livres) permettent de le monter facilement à l'avant de l'Omni-turn. Les ingénieurs de Vanamatic ont dessiné et fabriqué les supports de montage personnalisés qui intègrent la machine et Roxy. Ils ont également écrit le logiciel d'interface qui permet au robot et à la machine de communiquer.

Apprendre en faisant
L'éducation est cumulative. Généralement, les gens apprennent de nouvelles choses en s'appuyant sur la base créée à partir des leçons précédentes auxquelles ils ont été exposés.

C'est le cas de la troisième installation de cobot de Vanamatic, Rocky. Rocky est entré dans l'atelier environ 196 jours après l'intégration de Roxy par l'entreprise, et à mesure que la courbe d'apprentissage pour l'intégration de ces machines et des équipements auxiliaires nécessaires s'est accélérée, le temps entre les projets s'est raccourci.

Rocky, nommé par son maître, Paul Meiring, est un autre modèle UR3 d'Universal Robots. "Nous avons appliqué ce que nous avions appris des deux premières applications de cobot lors de la mise en service de Rocky", déclare M. Wiltsie.

La tâche choisie pour Rocky était un autre travail de maintenance de machines (cette fois sur un VMC) plus compliqué que celui de Roxy. Comme pour les deux autres applications, les ingénieurs de Vanamatic ont réalisé un modèle virtuel de l'opération comprenant l'orientation des convoyeurs de pièces entrantes et sortantes.
Pour ce travail de chargement, le cobot devait être placé à l'intérieur de la zone de travail de la machine pour éliminer l'ouverture et la fermeture de la porte. En raison des limites étroites à l'intérieur de la machine, Rocky est monté à l'envers et fixé à la colonne de la machine par un support conçu et construit en interne. Les pièces brutes sont chargées sur des convoyeurs situés à l'extérieur du gardiennage et livrent les pièces brutes à Rocky.

Rocky prélève les ébauches de pièces à partir d'un emplacement fixe sur le convoyeur, mais a la tâche supplémentaire de déplacer la pièce vers une deuxième station de serrage sur le porte-pièce. La synchronisation entre le cobot et la machine CNC a été programmée par Vanamatic en utilisant la communication entre le robot et la machine.

Une fois la pièce usinée, Rocky vérifie chaque pièce à l'aide d'une jauge Cognex en cours de fabrication avant de la relâcher sur le convoyeur de sortie. Le cobot est programmé pour décharger toutes les pièces rejetées dans un bac séparé et, s'il y a trois échecs consécutifs, il déclenchera une alarme.

« Cette installation est un pas en avant par rapport à notre chargement VMC », déclare M. Wiltsie. "Par rapport aux chargeurs-navettes que nous intégrions auparavant dans nos VMC, la flexibilité du système de cobot dont nous bénéficions désormais représente un engagement pour la croissance future de notre entreprise."

Source d'aide surprenante
Au fur et à mesure que la direction de Vanamatic avançait avec les plans d'intégration de l'atelier, elle a rencontré un allié que beaucoup pourraient ne pas considérer. L'entreprise, comme la plupart, a des relations avec le Bureau of Workman's Compensation (BWC). Parfois, ces transactions peuvent être moins que cordiales en raison du rôle d'application de la réglementation de la BWC.

Cependant, dans le cas du projet d'installation de cobots de Vanamatic, une âme sœur a été trouvée dans le BWC. Dans l'État de l'Ohio, le BWC a des subventions disponibles pour les entreprises afin de les aider à réduire les réclamations potentielles des travailleurs par des moyens simples et complexes.

Vanamatic a demandé et obtenu des subventions pour ses efforts d'automatisation, ce qui a contribué de manière significative aux dépenses d'achat et d'installation de ses cobots. Bien que de telles offres de subventions ne soient pas disponibles dans tous les États, cela ne peut pas faire de mal de demander.

Que l'atelier envisage l'intégration de systèmes à l'aide de l'automatisation ou de la communication ou de meilleures techniques de flux de travail, la justification de l'atelier ne concerne pas le remplacement des travailleurs. Il s'agit plutôt d'améliorer l'emploi des travailleurs. M. Wiltsie et l'Ohio BWC semblent s'accorder sur le fait que, parfois, les problèmes de recrutement à l'échelle de l'industrie peuvent concerner moins les personnes que les tâches qui nous sont demandées.

*Vanamatic est membre PMPA depuis 1957.