Booster l'efficacité de production : Automatiser les mises en place et éliminer le stress répétitif dans la fabrication

Vous cherchez de nouvelles façons de donner un coup de pouce à la production de votre atelier ? L'automatisation peut être un multiplicateur de force. Elle pourrait aussi libérer le temps de vos machinistes les plus expérimentés et ambitieux pour le mentorat, l'apprentissage de nouveaux systèmes et le perfectionnement des compétences en programmation machine. Et elle pourrait aider à baisser les primes d'assurance.

Le cas d'utilisation pour automatiser de nombreuses fonctions dans un atelier est très différent d'une grande usine automobile ou autre installation de fabrication à haut volume. Mais l'automatisation peut retourner des résultats positifs et productifs qui aident à simplifier les tâches répétitives et absorbant du temps pour les ateliers de toute taille.

Quelles sont les bonnes applications des robots et cobots ? Quelles technologies peuvent rapprocher les contrôles qualité du processus ? Sur quoi les propriétaires d'ateliers et gestionnaires d'opérations de fabrication devraient-ils se concentrer ?

Nous explorons certaines des façons dont les fabricants ont du succès avec l'automatisation aujourd'hui — et ce qu'il faut savoir quand on planifie le changement.

L'automatisation dans la fabrication rend du temps aux travailleurs et aide les ateliers à rester compétitifs

La pénurie de talents dans la fabrication est réelle. La demande de capacité de fabrication d'aujourd'hui est plus grande que l'offre de main-d'œuvre — et elle devrait augmenter. Une étude Deloitte et Manufacturing Institute de 2018 trouve que le fossé des compétences pourrait laisser environ 2,4 millions de postes non pourvus d'ici 2028 avec un impact économique potentiel de 2,5 billions de dollars.

« Ça ne s'améliore pas », explique John Hicks, propriétaire de Kilgore Manufacturing, dans un article.

Les ateliers peuvent trouver difficile de rivaliser avec de plus grands ateliers d'usinage pour des talents plus expérimentés et coûteux. Mais l'automatisation, en théorie, peut réduire l'impact d'une pénurie de compétences en réduisant les tâches les plus routinières et manuelles — et augmenter le ratio machine/personne partout où c'est possible.

Un robot peut souvent s'occuper de plusieurs machines. Dans certains cas, un seul opérateur peut s'occuper de plusieurs robots — et chaque robot pourrait gérer plusieurs machines à la fois.

« Ça libère les opérateurs pour effectuer des opérations secondaires, comme l'ébavurage de pièces, l'assemblage ou passer plus de temps sur les contrôles qualité », explique Steve Alexander, vice-président des opérations chez Acieta, un intégrateur d'automatisation, dans l'article SME « Automatiser les ateliers ? Vous pariez ! »

Vidéo : Voyez comment Augustine Die & Mold utilise l'automatisation pour augmenter ses processus — et aider à gérer un delta de compétences.

Le cas d'usage principal pour l'automatisation dans les ateliers : Les changements de série

Il n'y a pas de baguette magique pour devenir automatisé. Il y a aussi des compétences différentes et nouvelles dans la gestion des systèmes d'automatisation — y compris différents logiciels, capteurs et sécurité. Souvent, l'utilisation la plus efficace de l'automatisation est de se concentrer sur les activités de mise en place et changement de série pré-pièce et post-pièce.

« L'automatisation la mieux adaptée aux besoins des ateliers n'insistera pas seulement sur des mises en place rapides et faciles et réduira les temps de changement de travail à 15 minutes ou moins, mais sera aussi adaptable pour une utilisation d'un type de machine à l'autre, surtout pour les tâches de changement », écrit Chris Felix, rédacteur en chef de Production Machining, dans l'article « Automatisation d'atelier : Rapide, Simple et Agile. »

Les machinistes expérimentés pourraient apprécier passer moins de temps sur les changements de série et le chargement de bruts — et plus de temps concentrés sur la completion de gros travaux et la résolution de problèmes de fabrication de précision.

En 2018, Hicks de Kilgore Manufacturing a utilisé une cellule de fabrication automatisée qui tournait huit heures par jour sans surveillance et a aidé à expédier 3 500 unités d'une pièce de bride chaque semaine — mais c'était seulement pour une pièce. Pour aider à devenir plus automatisé et libérer du temps pour les machinistes plus seniors, Hicks a ajouté une machine d'assistance au chargement.

Le système de chargement connecte un bras robotique à une table tournante pour mettre en scène les pièces brutes dans une seule unité de chargement qui peut être stationnée à côté et relocalisée vers n'importe quel tour CNC ou machine de fraisage.

Hicks décrit comment l'automatisation accrue a eu un impact incluant :

• Obtenir plus de travail de la base de clients existante de Kilgore.
• Économiser de l'espace important sur un plancher d'atelier serré.
• Voir une augmentation de la qualité des pièces parce que les machinistes avaient plus de temps à passer sur les contrôles qualité.

La capacité de gagner plus d'affaires par appel d'offres compétitif est née d'une planification machine plus prévisible.

Comment aborder l'automatisation dans la fabrication : Le volume de pièces compte

L'automatisation marchera-t-elle dans un environnement où le volume de pièces varie énormément ? Ça peut, soutient Ed Sinkora de SME.

Imaginez un scénario de fabrication de pièces à volume moyen où les changements de série arrivent quelques fois par semaine. « Avec une bonne planification, une cellule pourrait être changée sur le quart avec personnel, permettant une belle quantité de production non surveillée sur le quart suivant », explique John Lucier, responsable automatisation pour Methods Machine Tools, dans un article SME.

SME dit que la vitesse requise du robot dépendrait « du temps de cycle d'usinage des pièces produites. Plus le temps de cycle est court, plus le robot doit être rapide et moins il est probable qu'un robot puisse supporter plusieurs machines. »

Mais les ateliers avec des volumes plus bas peuvent aussi être de bons candidats pour l'automatisation, explique Lucier.

« La considération la plus importante est de réduire le temps de changement de série ou même d'éliminer totalement le temps de mise en place. Les gens se concentrent sur le temps de cycle et le temps de chargement/déchargement, mais si vos volumes sont si bas que la moitié de votre temps est passé à changer de série, alors s'attaquer au temps de changement, même au détriment du temps de cycle, peut avoir du sens », dit Lucier.

La mise en place peut essentiellement être éliminée par l'automatisation. Les robots peuvent être programmés pour changer à la fois leur propre outillage de bout de bras et le maintien de pièce dans la machine ou charger des palettes depuis un carrousel « indépendamment de la pièce produite, éliminant le besoin de changer l'outillage du robot ou de programmer différents mouvements de chargement/déchargement pour différentes pièces. »

Il y a une foule d'autres domaines importants d'outillage, serrage et stabilité de pièce à évaluer aussi, y compris le maintien de pièce, le contrôle, les temps de cycle, l'outillage de bout de bras, les processus non surveillés — et l'usinage lights-out.

Automatisation et maintien de pièce

« Si la pièce nécessite un positionnement dans le mandrin ou le dispositif ou a besoin d'être alignée dans l'opération secondaire basée sur des caractéristiques créées dans la première opération, des systèmes de vision ou des palpeurs tactiles peuvent être requis pour compléter la tâche », écrit Felix. « Les solutions de maintien de pièce doivent aussi être conçues pour permettre un dégagement approprié entre l'outillage de bout de bras et les pinces lors du chargement et déchargement. »

Automatisation et contrôle

« Si un processus non automatisé nécessite que l'opérateur mesure la pièce pendant ou après l'usinage, l'automatisation du processus de contrôle devrait être considérée », explique Felix. « Plusieurs options en processus ou post-processus sont disponibles, incluant palpeurs tactiles, étalonnage d'artefact périodique ou même utilisation d'une jauge post-processus ou machine à mesurer tridimensionnelle. »

Automatisation et temps de cycle

En considérant l'automatisation d'un processus, « les temps de cycle détermineront la capacité/taille des tables de file d'attente et convoyeurs d'entrée/sortie pour pièces finies », écrit Felix.

Les temps de cycle doivent être séquencés en coordination des tâches « requises du robot/automatisation, comme le chargement vers jauges, coordination machines de mesure, stations de lavage ou stations de retournement » ou dans la gestion des palettes.

Utiliser l'automatisation pour améliorer la sécurité au travail et la santé des travailleurs

La santé des travailleurs et la sécurité du plancher d'atelier ne sont pas les raisons principales pour lesquelles les fabricants investissent dans l'automatisation, mais elles en sont bénéficiaires. Le syndrome du canal carpien n'est pas rare dans les emplois de fabrication.

« Quelque chose d'aussi simple que charger une pièce dans un mandrin de tour peut vite tourner en blessure de stress répétitif pour un opérateur quand ce processus est répété des centaines de fois par jour. Entre le temps perdu et les réclamations, ces blessures coûtent des milliards de dollars aux entreprises chaque année », explique Alexander.

Il y a quelques domaines dans le travail de fabrication où l'automatisation a amélioré ou éliminé le travail dangereux — et aidé à réduire les environnements non sûrs. L'un est le levage et déplacement d'objets lourds. L'autre est l'exposition proche aux produits chimiques, particules et températures extrêmes, explique Jim Vinoski, un leader manufacturier senior et ancien superviseur d'usine et ingénieur systèmes chez Seagrams et General Mills, dans un article pour Forbes.

« Les blessures au dos sont l'une des plus communes dans le travail de fabrication, et ces types d'activités sont un contributeur clé. Les solutions automatisées incluent des systèmes robotiques pick-and-place, palettiseurs automatiques, systèmes de levage par le vide, et autres », écrit Vinoski.

« Aujourd'hui c'est inhabituel d'avoir des travailleurs soulevant plus de 23 kg, et pour du levage répétitif même ça devient de plus en plus rare. »

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