Automatisation: que faire si un robot est déjà là?

L'usinage peut automatiser bien plus que le chargement des machines

Lorsqu'on parle d'automatisation de l'usinage, on évoque souvent le chargement robotique. Cependant, ce n'est qu'un aspect des nombreuses possibilités d'automatiser le processus. En fait, le secteur n'en est encore qu'au début.

Augmenter l'efficacité des broches

La progression des robots et des cobots sur une fraiseuse ou un tour CNC a été très rapide au cours de la dernière décennie. Les Pays-Bas, mais aussi la Flandre, font certainement partie des leaders dans ce domaine lorsqu'il s'agit de production high-mix low volume automatisée. Actuellement, les machines CNC sont souvent achetées avec l'automatisation ou, du moins, les gens choisissent des versions qui sont préparées pour l'automatisation. L'industrie de l'usinage a ainsi franchi une étape importante, notamment en augmentant l'efficacité des broches. C'est en effet ce dont s'occupe le chargement robotique: la broche continue de tourner, qu'un opérateur soit à proximité ou non. Même si un nouveau matériau est introduit dans la cellule, la production ne doit pas s'arrêter. Les chiffres relatifs aux améliorations de la productivité dues à la robotisation oscillent entre 30 et 50 % de production supplémentaire d'une même machine.

la Préparation du travail: programmation automatique

Est-ce que cela automatise l'usinage? Non. Il existe de nombreuses autres possibilités pour rendre l'ensemble du processus moins dépendant de l'homme. En principe, chaque étape du flux de travail, de la programmation à la livraison d'une pièce mécanique, peut être automatisée d'une manière ou d'une autre. La programmation de la FAO à l'aide d'éléments tels que la reconnaissance des caractéristiques est également une forme d'automatisation. C'est pour cette raison qu'une société comme ASML a commencé à déployer la Model Based Definition (MBD) il y a quelques années, dans laquelle les spécifications sont stockées dans le modèle 3D enrichi.

Cela permet d'automatiser une partie de la programmation des machines CNC et surtout des MMT, même s'il est juste de dire qu'il y a encore des obstacles dus au manque d'unité dans la façon dont les programmes FAO traitent ce type de données. Certains commandes de machines sont dotées de fonctions spéciales, se rapprochant de plus en plus d'un système de FAO. Après avoir lu un fichier STEP, le logiciel vous décharge d'une partie du travail de programmation. Cela permet de gagner un temps précieux à une époque où les bons programmeurs sont au moins aussi rares que les bons opérateurs CNC. Certes, ces commandes ne peuvent pas encore générer un programme complet, mais elles permettent bel et bien au programmeur de se concentrer sur les opérations difficiles.

Les outils: pourquoi travailler encore manuellement?

Une autre étape de l'automatisation, qui semble devoir percer après le chargement robotique dans les années à venir, se situe du côté de l'outillage. Il est étrange de constater qu'un robot charge le matériau dans la machine et sort la pièce, mais que l'opérateur change encore manuellement les outils. Même le préréglage des outils se fait encore presque toujours manuellement. L'un des commentaires courants que l'on entend lorsqu'une entreprise automatise sa machine CNC est que le magasin d'outils est trop petit.

Mais pourquoi ne pas demander à un cobot de prérégler les outils et de les amener à la machine par VGA pour les y charger de façon automatique? De tels systèmes existent. Les outils sont automatiquement nettoyés, mesurés, remplacés ou ajustés, placés dans un mandrin de frettage ou un autre système de maintien, vérifiés, puis ramenés à la machine CNC par un VGA. Comme de plus en plus de machines sont chargées automatiquement et fonctionnent la nuit et le week-end, c'est la prochaine étape de l'automatisation de l'usinage. C'est une alternative aux grands entrepôts, l'analyse coûts-avantages étant le facteur décisif dans un premier temps. Combien coûte l'automatisation, quel est le coût d'achat et de maintenance de tout l'outillage? À plus long terme, un tout autre argument entrera en ligne de compte. Il s'agit du manque de personnel qualifié pour régler tout l'outillage. L'automatisation résout ce problème tout autant que le manque de travailleurs qualifiés qui font entrer et sortir les produits de la pince de la machine toute la journée.

L'intelligence artificielle

La numérisation de l'ensemble du processus est bel et bien une condition préalable. L'avantage est que le risque d'erreur est minime. Il n'y a aucun risque de saisir une valeur erronée. Les systèmes de préréglage communiquent directement avec la commande de la machine CNC, de sorte que l'erreur humaine est également exclue. Un développement autour des outils qui en est encore à ses  balbutiements est l'utilisation de l'intelligence artificielle dans le contrôle des outils.

Plusieurs fabricants de machines CNC y travaillent et obtiennent des résultats étonnamment bons. En Flandre, Flanders Make a également développé un tel système. À l'aide de caméras à haute résolution, les outils sont photographiés et l'intelligence artificielle recherche ensuite la déviation par rapport à l'original. Les résultats sont déjà au niveau de ce que réalise un opérateur expérimenté. Au fil du temps, cette technologie augmentera la stabilité du processus d'usinage tout en optimisant l'utilisation des outils. En effet, les opérateurs préfèrent aujourd'hui pécher par excès de prudence lorsqu'il s'agit de changer d'outils en raison de leur usure, sans vraiment mesurer cette usure.

Le robot: faites-le travailler davantage

Si vous comparez les robots qui chargent une machine CNC à ceux d'une chaîne de montage dans l'industrie automobile, ces derniers sont des travailleurs acharnés et les robots d'une cellule CNC sont plutôt du genre à faire leur travail avec un minimum d'effort. Ces robots sont à peine utilisés. Pourquoi le robot qui charge la machine pendant l'usinage n'effectue-t-il pas d'autres tâches ? Les options sont nombreuses et dépendent principalement de l'espace disponible dans la cellule. Par exemple, le robot peut ébavurer pendant qu'un nouveau produit est déposé sur la machine ou nettoyer une pièce une première fois. Le polissage est une autre option.

Dans l'industrie des semi-conducteurs, les taches créées par le séchage des émulsions posent problème si ces éléments doivent répondre à des exigences de propreté élevées. Pendant les heures sans personnel, notamment le week-end, le séchage de ces pièces est trop long, laissant sur l'aluminium, par exemple, des taches difficiles, voire impossibles, à éliminer. Le robot peut les plonger dans un simple bain de nettoyage dans lequel les résidus d'émulsion sont éliminés, de sorte que plus aucune tache ne peut apparaître. Le robot peut également placer les pièces sur une machine à mesurer pour le contrôle, sans avoir à les emmener dans la salle de mesure.

Moins de précision

La mesure peut être effectuée avec un système relativement simple qui compare les dimensions à celles d'un modèle de base validé. Certains fournisseurs ont mis au point des MMT robustes destinées à être utilisées dans la production. Celles-ci peuvent être chargées par le même robot que celui qui effectue le chargement de la machine. Une telle mesure à côté de la machine est moins précise que dans une salle de mesure, mais peut être tout à fait suffisante dans un processus autrement stable. Grâce à cela, les entreprises de fabrication peuvent à nouveau automatiser une partie de leur processus.

Si elles établissent le lien entre les résultats de la mesure et la commande CNC, elles créent un processus hautement automatisé dans lequel la qualité est automatiquement garantie. Une autre extension des tâches du robot consiste à changer les outils de serrage, comme les mors d'un mandrin. Cela permet d'usiner encore plus de produits différents sans personnel en une seule fois, car il n'est plus nécessaire de tourner tous les produits à partir d'une barre de même diamètre.

Données: la surveillance automatisée des processus devient plus importante

Dès que le nombre d'heures de production sans personnel dans l'usinage augmente fortement, l'importance d'un processus stable - en particulier la machine - augmente. En effet, la machine CNC ne doit pas devenir imprécise à cause de la chaleur si la broche tourne 20 heures par jour. Ou les outils ne doivent pas perturber le processus en raison d'une usure inattendue. Dans une production avec personnel, ce sont des problèmes que l'opérateur CNC expérimenté remarque immédiatement et sur lesquels il peut intervenir. Mais que se passe-t-il s'il n'y a plus personne près de la machine?

L'automatisation de la surveillance des machines est peut-être considérée comme l'étape ultime de l'automatisation de l'usinage. Collecter des données, les interpréter et prendre des mesures en fonction des résultats - de préférence de manière automatisée - deviendra un facteur de réussite. Il ne s'agit pas seulement de mesurer l'efficacité globale de l'équipement (OEE). Les bonnes données donnent des signaux opportuns lorsqu'une intervention de l'opérateur est nécessaire et contribuent à rendre la maintenance plus planifiable. Les fabricants de machines proposent de tels systèmes, mais souvent uniquement dans les commandes les plus récentes.

En outre, seules les machines de leur propre marque peuvent être reliées. La plupart des entreprises possèdent des machines de plusieurs marques, des machines jeunes et des machines plus anciennes. Les parties indépendantes répondent à cette situation en proposant des systèmes IIoT qui peuvent lire les données de pratiquement toutes les machines. Mesurer, c'est savoir est un adage qui s'applique ici plus qu'ailleurs: les données donnent un aperçu du processus, des goulots d'étranglement et de la mesure dans laquelle il est perturbé et pourquoi. Il est ainsi possible de prendre des mesures ciblées pour augmenter la stabilité du processus et ainsi fabriquer davantage et de façon plus fiable grâce à une production automatisée.

L'automatisation commence avec le devis
L'automatisation du flux de travail dans une entreprise d'usinage commence en fait avec le devis. L'analyse prévisionnelle représente encore une grande partie du délai total entre la demande et la livraison, alors que cette étape peut être automatisée. Les plateformes en ligne, qui mettent en relation les acheteurs et les usines de machines, offrent souvent la possibilité d'obtenir déjà un devis en ligne. Certes, il s'agit souvent de pièces simples.
Toutefois, l'évolution des logiciels de calcul est rapide et certaines parties parviennent également à automatiser en grande partie l'estimation de pièces complexes. Cela vous permet de gagner beaucoup de temps et de réagir plus rapidement. Un avantage supplémentaire de ce logiciel de calcul est que les calculs peuvent être utilisés en interne pour comparer différentes machines. Est-il moins cher de fabriquer cette pièce sur la machine A ou la machine B? Enfin, en remontant les valeurs réelles de la production jusqu'au logiciel de calcul, on peut constamment l'améliorer.
L'entreprise allemande TIC développe un logiciel de calcul qui est également capable de calculer rapidement des produits complexes, ce qui permet aux services de calcul de gagner beaucoup de temps.
Il y a quelques années, l'association allemande de construction mécanique VDW a pris une participation dans la startup allemande Spanflug, qui automatise le calcul dans l'usinage.