Ce que chaque Fab Shop doit savoir sur la planification, la conception et l'exécution

Avec la demande toujours croissante des fabricants de produire une large gamme de produits de haute qualité qui restent compétitifs sur le marché, le besoin d'automatiser les processus de production n'a jamais été aussi grand. Des cycles de vie de produits courts, associés à des portefeuilles de produits diversifiés, créent un scénario de gamme de produits élevé et de faible volume qui pousse de plus en plus les petites et moyennes entreprises à investir dans les technologies d'automatisation robotique. À mesure que la demande de production augmente, la fourniture de solutions faites à la main à un client devient de moins en moins viable. L'automatisation n'est plus une option - elle est devenue une nécessité.

La nécessité de maximiser la fonctionnalité de leur investissement en capital signifie que les entreprises recherchent constamment des moyens de rendre les systèmes aussi flexibles que possible. Cela se présente souvent sous la forme d'outillages et de fixations spécialement conçus qui peuvent être changés entre les séries de production de différents produits - l'assemblage dit `` cadre photo '', qui a un cadre monté en permanence à l'intérieur du positionneur et des montages modulaires peuvent être montés et démonté au besoin.

Le véritable défi se pose lorsqu'ils doivent déplacer des cellules robotiques entières d'une zone d'une installation à une autre, voire à une autre installation, pour suivre le rythme des exigences d'un environnement de production en constante évolution.

Une approche modulaire

L'augmentation du débit du système et le maintien d'une qualité constante et élevée sont deux des principaux moteurs de l'automatisation. Ainsi, la plupart des tâches exécutées par un robot sont de nature répétitive, ne changent pas dans le temps et ont des temps de cycle courts afin de maximiser le débit du système.

Les cellules robotiques de très grande taille et les lignes de production impliquant plusieurs unités mécaniques ne sont généralement pas faciles à déplacer vers d'autres zones d'une installation ou entre des installations séparées géographiquement.

Un tel déménagement implique de nombreux coûts: main-d'œuvre, services publics, fret, réinstallation, reprogrammation ou remise en service, et formation des opérateurs pour n'en citer que quelques-uns. De plus, construire un système pour tenir compte de multiples inconnues signifie créer une redondance pour s'adapter à cette flexibilité, ce qui augmente le coût du système.

Dans la plupart des cas, lorsqu'un système de fabrication robotique doit être déplacé, en particulier entre des sites distants, le coût du déménagement peut représenter un pourcentage important du coût initial du système. Dans ces cas, une solution plus viable sur le plan économique consisterait à appliquer ces coûts de réinstallation à un nouveau système. Cependant, avec une planification et une préparation minutieuses, les fabricants peuvent construire des systèmes spécialement conçus pour être déplacés en fonction de l'évolution des calendriers de production et des demandes.

Alors, que doivent faire les petits et moyens fabricants lorsqu'il s'agit de spécifier et d'installer un système qui devra un jour être déplacé? La réponse est simple: pensez modulaire.

Construire une cellule robotique avec la flexibilité nécessaire pour permettre la fabrication d'une gamme diversifiée de produits dans différentes zones d'une installation ou même dans des installations géographiquement séparées est une décision de conception qui doit être prise au début du cycle de planification. Une compréhension claire de la gamme de produits, du flux du système de production et de la meilleure façon d'obtenir le retour sur investissement souhaité sont des facteurs critiques pour la phase de conception du système.

Les fabricants qui doivent fournir un flux de pièces optimal maintenant, tout en conservant la capacité de s'adapter aux changements futurs de la gamme de produits, devraient considérer les avantages des zones de travail modulaires dès le début de la phase de planification et de conception. Ce n’est pas quelque chose qui peut être réglé facilement au moment de l’installation.

La solution flexible idéale est petite, autonome et adaptable, avec tous les positionneurs et fixations nécessaires situés dans l’enveloppe de travail du robot. Au lieu d'une zone de travail toujours dédiée à la même tâche, l'ensemble de la zone de travail du robot est une unité modulaire qui peut être remplacée pour accueillir tout type d'appareil, des simples tables et unités de serrage aux poupées et petites unités de positionnement multi-axes .

Cependant, cette flexibilité entraîne un coût supplémentaire lors de la phase de conception du système. La possibilité de remplacer les composants du système et / ou d'inclure des fonctionnalités avancées qui simplifient le déplacement de la cellule vers un emplacement différent implique des coûts d'ingénierie supplémentaires.

Une diligence raisonnable doit donc être prise afin de déterminer si le retour requis peut être effectué sur le coût initial supplémentaire dans le délai requis, d'autant plus que les situations de mix produits élevé / faible volume ont généralement un taux de retour inférieur en raison de le temps supplémentaire nécessaire pour le démarrage et la mise en service (programmation des pièces) et le nombre total de pièces réduit. Pour certaines entreprises ayant des exigences de dépenses en capital plus strictes, les avantages supplémentaires en termes d'ingénierie et de production qu'une telle approche offre peuvent être difficiles à définir en termes purement financiers. Dans ce cas, il peut être préférable - et moins coûteux - d'installer des cellules dédiées supplémentaires au lieu d'une solution modulaire. Il existe cependant d'autres options mobiles plus économiques.

Les unités palettisées autonomes qui se centrent sur un appareil déjà situé à l'intérieur de l'enveloppe de travail présentent une autre alternative, si le coût est un facteur. Les unités plus grandes peuvent être décomposées en composants plus petits et expédiées en pièces. Certaines des cellules palettisées sont même conçues avec des réceptacles spéciaux intégrés pour permettre le mouvement via un chariot élévateur. Lorsqu'ils sont conçus de manière efficace, ils peuvent simplement être débranchés, soulevés et déposés sur un camion pour être déplacés.

Si la mobilité cellulaire est l'objectif final, une solution modulaire ou palettisée vise à répondre aux besoins d'une installation de production à haute mixité, mais il y a des compromis entre le moindre coût (palettisé) par rapport à la redondance du bâtiment et la flexibilité (modulaire) dans un système.

Rester simple

Lorsqu'une cellule robotique doit être déplacée, les magasins peuvent prendre des mesures pour rationaliser le processus. Les déplacements ne doivent jamais être effectués à la volée, mais plutôt planifiés à l'avance.

Par exemple, qu'ils utilisent des composants de cellules modulaires ou un système palettisé, les ateliers doivent s'assurer dès le départ que les unités sont construites avec des déconnexions rapides pour l'électricité et l'air afin de permettre un retrait rapide du réseau électrique public. Les bouteilles de gaz montées directement sur les unités évitent d'avoir à localiser la cellule à proximité d'une connexion de gaz centrale. Utilisez des solutions locales de distribution de fil, telles que les boîtes Accu-Pak® et les bobines de tambour de Lincoln Electric, pour éliminer le besoin de connexion à une source de fil distante. Pensez également à utiliser des unités d'extraction de fumée locales s'il n'y a pas de système central disponible dans le magasin. Les circulateurs d'air portables peuvent accueillir plusieurs cellules.

La sécurité joue également un rôle important dans un déménagement. De nombreuses cellules robotiques modernes ont des systèmes de sécurité intégrés qui sont conformes aux normes de la Robotics Industries Association. Aucun élément de sécurité supplémentaire n'est requis lorsque ces unités sont déplacées dans une installation ou entre des emplacements.

Lorsque vous déplacez une cellule robotique, rappelez-vous que les robots ne possèdent pas une intelligence humaine avec la capacité de raisonner. Chaque mouvement du robot doit être programmé par une personne. Lors du déplacement d'une cellule, les composants mécaniques peuvent fléchir et se déplacer, en particulier lors du remplacement d'outillage.

Un programme qui s'exécute parfaitement à un emplacement peut avoir une erreur significative à un autre emplacement en raison du jeu inhérent aux systèmes mécaniques. Heureusement, les robots industriels modernes disposent de plusieurs technologies pour surmonter ces problèmes. Il peut s'agir de constructions de programmation simples ou de technologies de détection sophistiquées qui permettent au robot de déterminer et de réagir aux changements de l'environnement physique local.

Par exemple, un utilisateur peut effectuer un décalage 3D sur un programme pour tenir compte du déplacement de l'appareil pendant le déplacement, ou même définir des cadres de programme spéciaux attachés à un appareil. Cela nécessite un programmeur de robot qualifié pour accéder directement au programme du robot et effectuer ces opérations. Au lieu d'investir dans un outillage très coûteux et compliqué pour la localisation des pièces, il existe d'autres technologies qui permettent à un robot d'effectuer ces tâches de manière autonome.

La détection tactile permet au robot d'utiliser la pointe du fil ou un capteur laser pour détecter les caractéristiques de base d'une pièce et effectuer les ajustements nécessaires à son programme. Bien que cela soit relativement facile à programmer pour un robot, cela peut augmenter le temps de cycle global du robot. Une solution plus rapide qui nécessite plus de temps de programmation lors de la mise en service consiste à utiliser une caméra à l'extrémité du robot. Les plates-formes 2D et 3DL iRVision® de FANUC® Robotics fournissent un ensemble de fonctionnalités extrêmement puissantes qui offrent l'une des solutions les plus flexibles disponibles. Avec ce système, un robot peut littéralement voir le monde qui l'entoure, et peut facilement effectuer des tâches telles que la détection de pièces, la reconnaissance de pièces, la détection de caractéristiques, le décalage de programme, et peut même détecter le type d'appareil ou d'outil chargé dans sa zone de travail.

L’outil le plus efficace dont dispose un concepteur de système est la CAO (conception assistée par ordinateur). En faisant un usage intensif du logiciel de modélisation 3D dans la phase de conception du système, on peut littéralement voir à quoi ressemblera et à quoi ressemblera un système une fois construit. Chez Lincoln Electric, les ingénieurs concepteurs utilisent largement DELMIA® pour concevoir des configurations de cellules et effectuer des analyses de portée. Une fois qu'un système est construit, il peut être programmé hors ligne et les programmes peuvent être vérifiés à l'aide de la suite d'applications propriétaire RoboGuide® de FANUC Robotics, garantissant une disponibilité et une efficacité maximales pour un système.

Planifier l'avenir
Fondamentalement, développer une stratégie réussie pour les cellules robotiques mobiles est un défi de conception et de planification. Les fabricants doivent non seulement développer la solution pour le portefeuille de produits d'aujourd'hui, mais aussi anticiper les demandes futures. Ainsi, il est essentiel d'intégrer la redondance et la flexibilité dans un système pour créer la solution la plus polyvalente et, en fin de compte, mobile.

Comme discuté, parce que la flexibilité et la redondance ont des coûts précis, les fabricants doivent se poser la question suivante: «Voulons-nous investir dès le départ dans une solution flexible qui se développera et s'adaptera certainement avec notre boutique ou voulons-nous amortir ces coûts en sélectionnant un -une solution robotique fixe et coûteuse? » Cette décision doit être déterminée lors de la phase de conception car, si la flexibilité est coûteuse à l'avant, la modernisation d'une cellule en aval peut être encore plus coûteuse. Cela nécessite une approche holistique qui examine l'ensemble du processus de production pour déterminer le retour sur investissement ultime.

La meilleure façon d'aborder ce problème est d'examiner les processus et les procédures actuellement en place, puis de déterminer les processus que vous souhaitez que la solution automatisée améliore. La solution proposée doit non seulement avoir un sens économique, mais également s'adapter aux besoins de production actuels et anticipés. Au fur et à mesure que le domaine de la robotique continue d'évoluer, il en sera de même des tâches auxquelles ils sont assignés.

Richard Stokes est ingénieur d'application au sein de la division Lincoln Electric Automation. Il a déménagé de Nouvelle-Zélande aux États-Unis en 2011 et est titulaire d'un baccalauréat en mécatronique.