Usinage sans opérateur : 5 éléments clés pour des usines entièrement automatisées

La fabrication « sans opérateur » (lights-out manufacturing) utilise la technologie de l'Industrie 4.0 pour automatiser les opérations afin qu'elles fonctionnent sans main-d'œuvre humaine. Elle permet aux entreprises de faire tourner les machines après les heures de travail et malgré les pénuries de main-d'œuvre. Voici cinq facteurs qui feront du manufacturing sans opérateur une réalité pour vous.

Au cours des derniers mois, les entreprises manufacturières ont été confrontées à des perturbations de la chaîne d'approvisionnement, des fermetures d'installations et une disponibilité limitée du personnel en raison de la pandémie de COVID-19.

En conséquence, les solutions d'automatisation telles que la robotique et les logiciels de contrôle sont devenues plus attrayantes. La promesse de la fabrication sans opérateur a également grandi et pourrait être un facteur significatif pour aider les entreprises à opérer à pleine capacité.

Les usines automatisées qui utilisent la fabrication sans opérateur sont entièrement automatisées et ne nécessitent aucune intervention humaine. Cela signifie qu'au lieu de laisser les machines et les outils inactifs, la direction d'un atelier peut les faire fonctionner le soir et le week-end, lorsque les employés sont à la maison ou lorsque les travailleurs ne sont pas disponibles.

Il y a des réserves. Il doit y avoir suffisamment de travail pour les machines et l'équipement pour justifier l'investissement. Toutes les pièces fabriquées ne conviennent pas à l'usinage sans surveillance — bien que la plupart le soient avec la bonne approche et exécution.

Pourtant, même avec ces contraintes, plus vous en savez sur la façon d'automatiser les usines, plus il y a de production potentielle pour aider le résultat net. Voici cinq éléments essentiels nécessaires pour faire de la fabrication sans opérateur une réalité.

1. Le bon mélange de pièces

Vous pourriez penser que la fabrication sans opérateur n'est possible que pour les ateliers produisant des pièces relativement simples, à tolérances larges, par milliers, de préférence en aluminium ou autres matériaux à usinage facile.

Pas du tout. De nombreux ateliers ont éteint les lumières sur des composants en titane et Inconel à tolérances serrées, hautement complexes — même en quantités unitaires.

La recette du succès dans ces environnements ne repose pas tant sur le métal que vous coupez ou les tolérances que vous maintenez. Il s'agit davantage des mesures que vous prenez pour maîtriser les variables de l'usinage.

Si le processus est stable et prévisible, la plupart des pièces sont candidates à un certain niveau d'automatisation si les éléments suivants sont en place :

• Mécanismes de contrôle des copeaux
• Gestion de la durée de vie des outils
• Métrologie en processus

Une famille de pièces ou une pièce fréquemment répétée est un excellent point de départ pour toute initiative sans opérateur.

Regardez un guide définitif sur la fabrication sans opérateur :

2. Les bonnes caractéristiques de machine et outils

Tout centre d'usinage CNC peut être automatisé, bien que ce soit nettement plus facile avec certains types d'équipement.

Par exemple, les tours sont livrés en standard avec un serrage hydraulique, un prérequis pour toute automatisation. Beaucoup sont également équipés de convoyeurs à copeaux et de systèmes de lubrification haute pression qui aident à garantir que les copeaux égarés ne causeront pas de problème pendant la nuit.

Ajoutez un chargeur de barres de type magasin et un système de palpage en processus pour surveiller les choses, et les chances sont bonnes que vous puissiez faire tourner la machine sans surveillance pendant un ou deux quarts de travail supplémentaires.

L'utilisation d'un centre d'usinage vertical demande plus d'efforts. Vous aurez besoin de :

• Un robot pour charger et décharger les pièces
• Un convoyeur pour faire entrer la matière première et sortir les pièces usinées
• Un étau automatisé ou un système de palettes
• Un moyen efficace d'évacuer les copeaux de la zone de travail

Les centres d'usinage horizontaux sont les plus adaptés à l'automatisation. Un centre horizontal élimine de nombreuses lacunes du centre vertical, surtout lorsqu'il est équipé d'un magasin de palettes ou d'un système de palettes linéaires.

Quel que soit le type ou la marque de machine, elle doit avoir la puissance de broche nécessaire pour enlever la matière efficacement, être assez précise pour respecter les tolérances des pièces sans surveillance et être extrêmement fiable.

Les machines plus récentes sont également équipées de capacités de mise en réseau basées sur Ethernet. Elles sont aussi souvent dotées de capteurs avancés qui facilitent la surveillance des conditions d'usinage et l'analyse des événements qui se sont produits pendant la nuit.

3. Outillage et serrage adaptés à l'automatisation

Une machine doit avoir beaucoup de postes d'outils supplémentaires et une fonction de gestion de la durée de vie des outils pour maximiser ses capacités sans opérateur.

Cela permet aux programmeurs CNC d'appeler des outils de coupe de remplacement à des intervalles prédéterminés ou lorsque le système de palpage indique qu'un outil est usé. C'est moins préoccupant lors de l'usinage de matériaux tels que l'acier doux ou l'aluminium, mais cela devient de plus en plus important avec l'acier inoxydable et les superalliages.

Cela présente un autre argument fort en faveur du centre d'usinage horizontal : la plupart des constructeurs proposent des options pour des magasins d'outils massifs et des systèmes de stockage d'outils centralisés. Un tour multitâche avec capacité de changement d'outils est un bien meilleur choix pour le travail sans opérateur qu'un tour à tourelle de base.

Quel est le bon outillage ? Il est quelque peu sans importance d'un point de vue automation, bien qu'investir dans des systèmes de porte-outils à double contact Capto, HSK, KM ou équivalents soit toujours une bonne idée pour les ateliers qui valorisent la disponibilité et l'efficacité des machines.

D'autres types d'outillage importants pour la fabrication sans opérateur incluent : le serrage à point zéro à changement rapide, les mors et montages à changement rapide, et les étaux hydrauliques ou pneumatiques. Tous ces domaines d'outillage augmenteront la flexibilité de l'atelier et réduiront les temps d'arrêt machine.

4. Surveillance à distance, logiciels et machinistes d'astreinte

Le palpage monté sur broche ou tourelle est critique pour la détection d'outil cassé, la validation du positionnement de la pièce et la mesure en processus. Ces systèmes sont maintenant standard sur de nombreux centres d'usinage.

Revolu sont les jours des programmes macro complexes. Les systèmes de surveillance et logiciels d'aujourd'hui sont beaucoup plus faciles à utiliser qu'auparavant.

Le palpage est un composant nécessaire de toute stratégie d'usinage sans opérateur, mais les ateliers devraient également avoir un certain niveau de capacités de surveillance à distance. Cela peut être quelque chose d'aussi simple qu'une notification du CNC vers le téléphone portable du machiniste d'astreinte de la semaine au sujet d'un arrêt machine.

Vous pouvez également monter des caméras à l'intérieur de chaque machine et la surveiller via le réseau privé virtuel de l'entreprise.

Il convient de noter qu'une approche sans opérateur nécessite encore une certaine intervention humaine, comme lorsqu'une machine s'arrête de manière inattendue ou qu'un outil casse. La dernière chose qu'un atelier souhaite est un arrêt complet du travail qui affecte la production diurne. L'objectif est d'éviter les temps d'arrêt, après tout.

5. Un investissement en temps et en capital

La fabrication sans opérateur nécessite un effort en développement et validation de processus, configuration et gestion des routines de palpage, gestion de la durée de vie des outils, robots et pinces, et systèmes de surveillance à distance.

En plus de tout cela, les machines-outils elles-mêmes doivent être maintenues en excellent état de fonctionnement. Accordez une attention particulière à la maintenance de routine des machines et outils, à la gestion du fluide de coupe et à l'organisation de l'atelier pour que les surprises nocturnes soient minimisées.

Passer au sans opérateur est un parcours englobant. Il maximise les heures d'usinage disponibles et le potentiel d'un atelier.

Travaillez-vous avec la fabrication sans opérateur ? Quels défis avez-vous rencontrés ? Partagez vos réflexions dans les commentaires ci-dessous.