Smart Factory : production flexible entièrement automatisée, même pour de petites quantités

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Face à la hausse des coûts de production, à la rareté de la main-d'œuvre qualifiée et à une demande de prix de fabrication plus bas, WTO, un fabricant de porte-outils de précision, fait un saut révolutionnaire dans l'avenir. En partenariat avec le fabricant de technologies de serrage, Hainbuch, WTO lance une usine intelligente entièrement automatisée où tous les processus sont contrôlés par robot, révolutionnant l'industrie manufacturière.

Depuis des années, les coûts de production ne se dirigent que dans une seule direction en forte hausse, alors que la demande vise des prix de fabrication toujours plus bas. De plus, il y a un manque de travailleurs qualifiés. Tels sont les défis auxquels sont confrontés de nombreux fabricants, dont WTO, un fabricant de porte-outils de précision statiques et entraînés. La solution semble évidente : un hall de production entièrement automatisé. La production par lots repose toujours sur des méthodes établies, mais pour de petites quantités, de nouveaux processus doivent être développés et intégrés dans un système global. Pourquoi? Parce que les dispositifs de serrage, par exemple, doivent être changés plusieurs fois par jour, ce qui présente d'énormes défis en termes de processus et de sécurité. En collaboration avec Hainbuch, le fabricant de technologies de serrage basé à Marbach, WTO a surmonté les obstacles en effectuant une série de mesures et de tests étroitement coordonnés. Dans la nouvelle Smart Factory de WTO, tous les processus sont automatisés, avec des robots insérant les composants, changeant les dispositifs de serrage et des systèmes de transport sans conducteur apportant tout de A à B. Depuis fin 2022, la production de l'un des composants des outils entraînés fonctionne de manière autonome 24h/24 et 7j/7 dans des tailles de lots de 1 à 100. Il s'agit d'une étape importante pour l'OMC et Hainbuch après une phase de développement de 3 ans.

L'OMC est basée à Ohlsbach près d'Offenburg, loin des grandes villes où il y a un manque de travailleurs qualifiés. En raison de l'évolution démographique, cette situation va continuer à s'aggraver. De plus, de moins en moins de personnes veulent devenir opérateurs de machines et il y a de moins en moins de volonté de travailler en équipe. Sascha Tschiggfrei, directeur général de l'OMC, l'a reconnu et en 2016 a commencé à réfléchir à des solutions. "Les travailleurs qualifiés sont une chose, les augmentations de coûts en sont une autre. Parce que nous opérons à l'international, la pression concurrentielle est forte. Certaines entreprises font le choix de se délocaliser à l'étranger où les coûts sont plus bas. Cependant, nous voulions conserver notre implantation en Allemagne, nous avons donc dû réagir pour que notre entreprise reste compétitive à long terme. Notre avenir réside dans la Smart Factory, qui produit 24 heures sur 24 et fonctionne de manière entièrement automatique. Cela nous donne un avantage concurrentiel et nous permet également d'attirer des personnes plus qualifiées", a déclaré Tschiggfrei.

Pour ce projet gigantesque, WTO voulait un partenaire exclusif pour l'équipement de serrage, avec l'engagement et l'expertise pour contribuer avec la technologie appropriée. « Nous avons travaillé sur les détails techniques en équipes de projet. Les questions étaient : comment serrer les pièces, comment automatiser le serrage et comment changer les dispositifs de serrage automatiquement ? L'objectif était que les machines effectuent les changements de manière complètement autonome. Cela nécessite des dispositifs de serrage qui ont cette capacité. Une fois le concept Smart Factory en place, l'étape suivante consistait à rechercher un partenaire. Étant donné que l'OMC et Hainbuch avaient déjà travaillé ensemble avec succès sur divers projets internationaux, Hainbuch était le partenaire de choix. Fin 2019, ils ont entamé les premières discussions pour définir les besoins en dispositifs de bridage. Les propositions de conception développées par Hainbuch ont été acceptées.

L'OMC dispose d'un hall de production existant avec plus de 50 machines CNC. Le serrage sur ces machines se fait principalement avec des mandrins à mâchoires, et le changement et l'alignement pour chaque OP se font manuellement. Le premier processus de fabrication entièrement automatisé à être mis en œuvre dans la Smart Factory consistait à produire un boîtier, avec un usinage doux suivi d'un usinage dur. Tschiggfrei a expliqué plus loin : "Les machines de la Smart Factory sont toutes nouvelles. Ce sont des machines standard, mais elles sont spécifiquement adaptées pour permettre le changement automatique des dispositifs de serrage à l'aide d'un robot." Hainbuch devait équiper quatre machines de dispositifs de serrage. Deux centres de tournage/fraisage dans une cellule avec serrage ID sur la contre-broche, et deux rectifieuses cylindriques dans une autre cellule, une avec serrage OD et une avec serrage ID. Pour le serrage externe lors de la rectification, Hainbuch disposait déjà d'un mandrin standard, le Toplus AC 100 avec rappel axial. Pour les différents boîtiers, il existe désormais 18 jeux de serrage, composés d'une tête de serrage avec butée, qui sont automatiquement inversés dans le mandrin. Cependant, pour le serrage ID lors du tournage et de la rectification, un tout nouveau développement était nécessaire. Il était basé sur le mandrin Maxxos T211 existant, cependant dans cette version avec contrôles de sécurité, un mandrin spécifique a été développé.

Pour Björn Schiesling, un ingénieur de conception du département d'automatisation de Hainbuch qui a été impliqué dès le début, il y a des exigences fondamentales qui doivent être prises en compte dans l'automatisation. La broche est-elle autorisée à tourner ? Est-elle correctement tendue ? travailler avec le constructeur de la machine sur la manière dont cela pourrait être mis en œuvre en termes de technologie de contrôle en surveillant la position de la course. Par exemple : pour vérifier par détection d'air, je peux fournir les canaux dans le dispositif de serrage afin que la détection d'air puisse être mise en œuvre. Mais le constructeur de la machine doit installer l'alimentation en air et les capteurs derrière celle-ci qui communiquent avec le système de commande de la machine. Il y avait de nombreux obstacles sur le chemin de la solution finale, mais nous avons réussi à les surmonter », explique Schiesling.

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Pour le serrage ID, Hainbuch a également envisagé de changer les douilles de serrage segmentées et les butées de fin de course individuellement. Après avoir évalué les aspects de sécurité, de précision et de contamination, et comparé différentes approches, il était clair qu'un processus sûr ne pouvait être réalisé qu'avec des mandrins pré-équipés. Désormais, la cellule de rectification et la cellule de tournage/fraisage disposent chacune de dix mandrins Maxxos avec une interface de changement rapide centrotex AC. Ceux-ci sont conservés en stock pour les différents boîtiers avec la configuration appropriée et sont automatiquement changés par le robot.

Philipp Wußler, directeur de la division Broyage chez WTO, avait d'abord des doutes majeurs quant à savoir si tout fonctionnerait. « Heureusement, ces doutes ont disparu. Les dispositifs de serrage répondent à toutes les exigences, que ce soit la propreté, la précision et, ce qui est très important, la répétabilité. À chaque changement de mandrin, nous sommes dans les 3 µm requis », se réjouit Wußler. Le processus de fabrication automatisé a réduit le temps de configuration de 25 % par rapport à l'ancienne méthode, lorsque les mandrins à mâchoires devaient être changés, alignés à la main et les mâchoires rectifiées pour plus de précision. "Les rebuts ont également été considérablement réduits ou sont presque nuls. C'est parce que le serrage était moins précis. Maintenant, nous serrons avec un retrait axial sur la butée et c'est beaucoup plus précis. Une fois que j'ai rodé la pièce, je sais que le prochain processus de réglage fonctionnera bien. Cela signifie que je n'ai plus de soucis avec le dispositif de serrage", ajoute Wußler. Pour l'OMC, c'est assez clair : si le serrage est plus sûr, alors le processus est plus sûr aussi.

Actualités de la gestion

Le spécialiste du serrage Hainbuch avec un nouveau PDG

« La Smart Factory est conçue pour que la seule opération manuelle soit la livraison de la matière première. Un système de transport sans conducteur récupère même les boîtiers finis, qui sont inspectés et mesurés dans la cellule de production, et les transporte de la machine vers le stockage. La Smart Factory comprend un centre de commande avec des bureaux pour la planification des processus de fabrication et la programmation. Les dispositifs de serrage et la définition des paramètres de manipulation pour l'automatisation y sont également prévus », explique Tschiggfrei. D'autres projets sont déjà prévus et Hainbuch fournira à nouveau les dispositifs de serrage et participera au processus de démarrage. Tschiggfrei déclare en conclusion : "Nous sommes très satisfaits. Nous voulions un partenaire pour mener à bien ce projet de développement avec nous. Hainbuch a tout mis en œuvre pour atteindre le tout dernier µm. M. Schiesling et M. Wußler se sont passionnément engagés dans le projet. Il faut des gens comme ça pour réussir à mettre en œuvre quelque chose comme ça. De mon point de vue, le résultat a été encore meilleur que prévu."

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