Le système de fabrication flexible prend en charge la manutention des palettes et des pièces – SKF fabrique des composants de roulements sur la base d’un processus hautement automatisé
Le RoboFMS de Fastems relie toutes les étapes des processus nécessaires à la production dans un seul et unique système, en traitant à la fois les pièces et les palettes.
La production de petits lots ou de pièces individuelles n’est généralement pas associée à des systèmes hautement automatisés – surtout si la production implique un usinage complexe, avec des étapes de processus supplémentaires parfois difficiles, et lorsqu’un contrôle qualité complet est nécessaire.
Pour autant, SKF Aeroengine et Fastems ont collaboré en vue de créer une solution capable de répondre précisément à ce défi. La manipulation individuelle des pièces et de leurs palettes est réunie dans un système de fabrication flexible (FMS).
Sise à Rouvignies, l’entreprise SKF Aeroengine France fait partie de SKF Aerospace et est l’une des cinq filiales de SKF en Europe, spécialisée dans la fabrication de roulements pour l’industrie aérospatiale. Comptant un effectif de 630 employés, SKF Aeroengine fabrique toutes sortes de roulements qui sont utilisés dans les moteurs d’avions et d’hélicoptères. L’entreprise est également un pôle d’excellence pour le traitement thermique des roulements et la production de rouleaux en Europe.
Une commande très exigeante, de la nouvelle génération
« Il y a environ deux ans, nous avons reçu une commande pour la fabrication de composants particuliers de roulements à rouleaux destinés à la nouvelle génération de moteur LEAP, le successeur du moteur CFM56. Cette commande était pour nous unique en termes de volume, s’étendant sur une période de 20 à 30 ans, avec des tailles de lots individuelles variant de cinq à trente pièces par tâche », explique Cédric Vandevoir, responsable de l’ingénierie des procédés chez SKF Aeroengine France.
« Il s’agit d’un turboréacteur à double flux de pointe fabriqué par CFM International sur la base des dernières technologies. L’usinage des composants de roulements complexes de taille moyenne a été très exigeant, et a nécessité de nouveaux processus d’usinage et une précision maximale pour répondre aux exigences de qualité », explique Marcus Jakob, responsable du développement des processus globaux chez SKF Aerospace.
Investir dans la performance, la précision et la productivité
Immédiatement après l’usinage initial des pièces, le robot achemine les pièces semi-finies vers la machine à laver.
Compte tenu des exigences de qualité, de traçabilité et surtout de rentabilité pour la production de petites quantités récurrentes sur une très longue période, SKF Aero a dû repenser complètement sa stratégie de production existante. En effet, jusqu’alors, une série d’activités manuelles entraient quotidiennement dans certains processus de production spécifiques. Il s’agissait donc de trouver des machines puissantes et précises pour la production complexe de composants de roulements et de les mettre à niveau grâce à l’expertise de SKF.
Par ailleurs, l’usinage – y compris les processus auxiliaires nécessaires – devait être entièrement intégré dans une solution unique et hautement productive. « Nous voulions automatiser le plus grand nombre possible d’étapes du processus et réduire considérablement les interventions manuelles. C’est pourquoi nous avons commencé à chercher des partenaires, tant pour les machines de « l’industrie 4.0 » que pour l’automatisation de cet ambitieux projet », explique M. Jakob.
L’expertise et l’expérience font toute la différence en matière de logiciels
Deux postes de tournage/fraisage sont reliés au RobotFMS.
Après un examen approfondi des intégrateurs de systèmes potentiels, SKF Aeroengine a finalement porté son choix sur Fastems ; et ce, pour de bonnes raisons, comme le rapporte Marcus Jakob :
« Pour nous, il était important que notre partenaire puisse répondre avec souplesse aux exigences très différentes du projet global, qui sera ensuite également déployé dans d’autres usines de SKF Aero, ainsi qu’aux demandes individuelles. Le logiciel joue un rôle essentiel à cet égard. Les robots sont aujourd’hui standard et faciles à acquérir.
Néanmoins, ce qui est ici décisif, c’est l’expertise, l’intégration et la flexibilité de la mise en œuvre dans l’application en elle-même. Ce qui nous a impressionnés chez Fastems, c’est la taille de l’entreprise, le nombre de développeurs de logiciels internes et surtout leur expertise en matière de solutions logicielles flexibles pour l’automatisation. »
Une solution complète complexe incluant un contrôle de la qualité
La géométrie complexe des pièces à usiner nécessite des temps d’usinage assez longs. C’est la raison pour laquelle 2 ébauches sont généralement usinées en parallèle sur les deux postes de tournage/fraisage.
Les idées initiales de SKF Aeroengine ont été affinées au cours du projet en collaboration avec Fastems avant de parvenir au système actuel connu sous le nom de « RoboFMS » (Robotic Flexible Manufacturing System). « Grâce à l’excellente coopération entre SKF et Fastems, nous avons pu trouver rapidement des solutions à la fois nouvelles et innovantes, et franchir des étapes importantes dans le projet », explique M. Jakob.
Les machines et les systèmes reliés au système de fabrication flexible donnent un aperçu de la complexité de la solution globale qui comprend :
- deux postes de tournage/fraisage
- un poste de meulage
- une machine à roder
- une machine à mesurer tridimensionnelle
- un système de nettoyage des pièces
- un système de marquage laser
Le RoboFMS comprend également une station de chargement et de déchargement pour les véhicules à guidage automatique (AGV) et une unité de stockage pour les pièces brutes, les pièces semi-finies et les pièces finies.
Un FMS propice aux manipulations les plus flexibles
Les processus d’usinage particuliers comme ceux traités par la rectifieuse ne sont possibles que sans bridage, ce qui signifie que la pièce à usiner située sur le poste de chargement doit être préalablement extraite de la palette pour que le robot puisse ensuite charger la machine.
Le RoboFMS réunit toutes les étapes du processus dans un seul et unique FMS : de l’usinage initial des pièces préalablement fixées sur les systèmes de bridage, et ce du point zéro dans le poste de chargement aux deux postes de tournage/fraisage, à l’usinage sur la machine de rodage et de rectification, au marquage laser et au contrôle de qualité, tout en tenant compte des étapes précédentes du processus.
Le robot qui se déplace sur un rail est capable de manipuler des palettes de pièces à usiner ainsi que des pièces sans palette. M. Vandevoir explique : « Pour des questions de précision, les processus d’usinage traités par la machine de rodage et de rectification ne peuvent être réalisés que sans bridage, si bien qu’à ce stade, un employé doit desserrer la pièce sur le poste de chargement pour que le robot puisse alors charger une pièce sur la machine de rodage, puis sur la machine de rectification. »
La synchronisation des mouvements dans le RoboFMS détermine la chronologie du processus global – et cela en fonction de l’état des pièces, des outils, des machines et des autres postes du système. Il peut arriver qu’une pièce semi-finie soit tout d’abord placée dans l’unité de stockage du système, notamment, si une pièce se trouve déjà dans une machine ou dans une station de mesure ou de marquage.
Un temps d’installation des machines proche de zéro
Le RoboFMS compte parmi ses composantes intégrantes une unité de stockage destinée aux pièces brutes, aux pièces semi-finies et aux pièces finies. Si le système contient un nombre suffisant de pièces, il peut alors produire de manière autonome pendant une longue période.
Une fois que les outils ont été préparés et que la quantité de matériaux en stock est suffisante, le RoboFMS est conçu pour assurer un niveau de production élevé, de manière autonome et sur une longue période.
« Notre objectif est de pouvoir produire pendant tout un week-end sans personnel, même par lots de 1. Il faut pour cela que l’unité de stockage du système contiennent suffisamment de pièces à usiner bridées et de pièces semi-finies non bridées afin que tous les postes du RoboFMS puissent fonctionner à tout moment. Nous travaillons actuellement afin de doter le système des capacités nécessaires à la production de tous les composants des roulements, réunis alors dans un processus hautement automatisé, sans intervention manuelle des opérateurs », explique M. Jakob.
Plus qu’une planification, un contrôle et un suivi centralisés
Le contrôle des outils est réalisé directement à côté du RoboFMS.
Le logiciel de gestion de la fabrication (MMS) de Fastems représente, aux dires de Cédric Vandevoir, l’une des composantes essentielles du projet :
« Nous allons bientôt relier le MMS à notre système ERP afin de pouvoir planifier directement la production sur celui-ci. Le logiciel permettra également de contrôler et de surveiller l’ensemble de la production automatisée.
Le MMS nous permet également d’évaluer l’efficacité globale du RoboFMS afin que nous puissions réagir rapidement en cas de besoin, par exemple en optimisant spécifiquement certains processus individuels. Le logiciel offre toutes les conditions nécessaires pour y parvenir. »
Une composante essentielle de la production
La coopération entre SKF Aeroengine et Fastems peut déjà être entrevue comme une réussite, comme l’explique M. Vandevoir :
Gilles Ofcard, directeur d’usine chez SKF Aeroengine France (à gauche) : « Dans le cadre de notre changement de culture, nous devons montrer que la technologie nous aide à améliorer encore notre niveau de qualité, à accroître notre flexibilité, à stabiliser nos processus et à rendre notre production plus sûre. » Cédric Vandevoir, responsable de l’ingénierie des procédés chez SKF Aeroengine France : « Le FMS est devenu une composante essentielle de notre production et contribue à notre compétitivité et à notre réussite. »
« Grâce au RoboFMS, nous pouvons produire des composants de roulements les plus sophistiqués dans les quantités requises et dans une qualité optimale, et pouvons ainsi fournir à nos clients des roulements personnalisés dans les délais impartis. Le système d’automatisation apporte une contribution essentielle à cet égard. Le FMS est devenu une composante essentielle de notre production et donc de notre compétitivité et de notre réussite. »
Gilles Ofcard, directeur d’usine chez SKF Aeroengine France, ajoute :
« Avec ce projet d’automatisation, nous sommes idéalement préparés aux changements majeurs de notre industrie. En effet, notre secteur se caractérise par une variété croissante de produits avec des lots de production toujours plus réduits. Naturellement, certains d’entre nous expriment des réserves sur de tels changements, en raison du très haut niveau de compétences techniques et des exigences de qualité et de performance sur un marché concurrentiel. Mais nous ne pouvons pas nous opposer à ce changement fondamental, ce qui est, pour nous, une raison supplémentaire de montrer que la technologie nous aide à améliorer encore notre niveau de qualité, à accroître notre flexibilité, à stabiliser nos processus et à rendre notre production plus sûre. »
Marcus Jakob partage également ce point de vue :
Marcus Jakob, responsable du développement des processus globaux chez SKF Aerospace : « La numérisation et l’intégration de l’industrie 4.0, et l’automatisation des étapes des processus, sont des priorités essentielles, afin que notre personnel puisse se concentrer sur la qualité et sur notre savoir-faire. »
« Avec ce projet, nous frayons un chemin pour les différents sites du groupe SKF. Nous avons déjà installé un deuxième RoboFMS identique chez SKF Aeroengine à New York, en le complétant d’un poste de tournage et de rectification supplémentaire.
Un système semblable est utilisé dans notre usine de Pennsylvanie, où nous fabriquons des joints spéciaux pour l’industrie aérospatiale. Bien qu’il n’utilise qu’un système de serrage des palettes, beaucoup plus simple, la coopération avec notre partenaire d’automatisation Fastems porte ici également ses fruits. »