Des lignes d'assemblage plus compactes et plus flexibles

Deux fois plus de variantes de produits et un temps de mise en route réduit de moitié : la fabricant de machines spéciales Harrandt a réussi cette prouesse en revoyant la conception de ses lignes de mesure, de test et d'assemblage. Cette nouvelle conception a débouché sur une ligne dont le cœur est un convoyeur intelligent basé sur des moteurs linéaires à stator long : le SuperTrak de B&R.

"À première vue, les pistons de moteurs paraissent parfaitement arrondis et quasi-indestructibles. Néanmoins, sur une ligne d'assemblage, ils doivent être manipulés avec une précision extrême et avec le plus grand soin," souligne Samy Alain Song, chef du département Innovation and Electronics chez Feinwerktechnik Otto Harrandt GmbH.

Les évolutions dont les pistons font l'objet rendent la prise en compte de ces exigences de plus en plus difficile. Ces dix dernières années, pour accroître l'efficacité des moteurs, les constructeurs automobiles ont réduit de moitié l'épaisseur des bagues à monter sur les pistons. Ces bagues sont ainsi devenues plus fragiles, donc plus difficiles à manipuler de manière fiable et stable dans le cadre d'une production 24/7. "La moindre déviation dans le processus de montage peut entraîner des problèmes de qualité," affirme S. A. Song.

C'est pourquoi Harrandt ne cesse d'optimiser les différentes étapes du processus d'assemblage et de test, qu'il s'agisse de la mesure des pistons au micromètre près, du montage des anneaux des piston, ou encore de l'emmanchement des goujons par pression. Aujourd'hui, la société se classe parmi les meilleures au monde en ingénierie de précision.

Sur une ligne d'assemblage traditionnelle, les pistons sont transportés d'une station à l'autre avec des convoyeurs à chaînes ou à courroies. "Ces systèmes sont les plus économiques pour de grands volumes, et ils sont très stables et très fiables," explique S. A. Song. "Le nombre relativement important de pièces interchangeables nécessaire pour produire jusqu'à 30 pistons et le temps nécessaire pour passer d'une variante à l'autre, soit environ une heure et demi, n'ont quasiment pas d'impact si la taille des lots correspondant à chaque variante est suffisamment grande. Il en va tout autrement avec les lots de production désormais habituels de quelques milliers d'unités." Ces lots plus petits, qui sont imputables en partie à la transition vers les véhicules électriques, nécessitent un outil de production plus flexible avec moins de pièces et avec des reconfigurations de ligne moins longues.

Afin de mieux servir les besoins actuels de petites séries, Harrandt a revu la conception de ses lignes d'assemblage. La première ligne basée sur sa nouvelle conception produit des pistons à deux temps. Elle permet de mesurer, tester et assembler 65 variantes de piston avec des temps de reconfiguration de ligne de seulement 20 à 30 minutes, le tout avec une empreinte au sol nettement plus petite.

C'est le Supertrak de B&R qui a permis toutes ces améliorations. Sur la ligne, il est constitué d'une piste en forme d'hippodrome sur laquelle circulent des navettes munies de supports. Le mouvement de chaque navette (direction, accélération, vitesse, position) peut être contrôlé individuellement et logiciellement.

Les stations de la ligne d'assemblage de Harrandt sont disposées autour de la piste. Les sections droites de la piste se composent chacune de deux segments d'un mètre. Les ingénieurs de Harrandt ont réparti un total de dix stations le long de ces sections droites.

Sept stations de mesure et d'assemblage se trouvent le long de la piste à l'avant du système, et trois autre stations à l'arrière pour le chargement, le déchargement et le calibrage des 12 à 16 navettes que comporte la ligne. Grâce au nouveau convoyeur magnétique, les nouvelles lignes de Harrrandt occupe un espace au sol deux fois plus petit que les lignes précédentes, tout en conservant le même nombre de stations et les mêmes rendements de production.

"Pour les lignes d'assemblage de nouvelle génération, nous avons pu utiliser les stations de mesure et d'assemblage des précédentes lignes haut de gamme en y apportant quasiment aucun changement. Nos clients peuvent ainsi en attendre la même précision, la même stabilité, et les mêmes temps de cycle de 7 secondes qu'atteignent les plus puissantes de nos lignes plus anciennes. De plus, en réutilisant nos stations, nous avons pu focaliser notre attention sur les nouvelles possibilités qu'offre le système SuperTrak," ajoute S. A. Song.

Harrandt a également conservé le contrôleur utilisé pour les processus d'assemblage et ajouté un automate B&R pour le système SuperTrak. L'automate B&R offre le débit de transmission nécessaire pour monitorer et tracer les 12 (ou 16 en option) navettes de la ligne. Les navettes peuvent se rendre à n'importe quelle position avec une répétabilité de ±0.01 mm. Ceci permet d'aligner des pistons de différentes tailles tout en assurant que leur génératrice se trouve toujours au même endroit.

Tirant profit de cette flexibilité pour le positionnement, Harrandt a développé un support universel pour pièces cyclindriques et cubiques. Ce support peut loger des pistons de différentes tailles. Ceci a permis de réduire nettement le nombre de pièces interchangeables et le temps nécessaire pour les reconfigurations de ligne.

Par ailleurs, le SuperTrak permet non seulement des transferts plus rapides, mais aussi la répartion des étapes de traitement les plus lentes sur plusieurs stations identiques afin de conserver un temps de cycle total suffisamment court. Ceci a été rendu possible par le fait que les navettes peuvent simplement passer à travers les stations inutiles sans s'arrêter.

Si d'autres stations de traitement sont nécessaires, le SuperTrak permet de les ajouter facilement. "Tout d'abord, nous pouvons loger des stations additionnelles à l'intérieur de l'hippodrome et utiliser l'espace disponible sur les segments incurvés. Comme l'a confirmé notre analyse, le SuperTrak répond aux exigences de répétabilité quelle que soit la position sur la piste, même sur les segments incurvés. De plus, il est relativement simple d'étendre le système en y ajoutant des segments droits. Ces derniers offrent suffisamment d'espace pour deux ou trois stations. Avec une ligne conventionnelle, une telle extension nécessiterait plus de moyens et beaucoup plus d'espace."

Le SuperTrak simplifie également la maintenance. Les navettes peuvent être retirées et remplacées à l'aide d'un simple outil. Même les segments peuvent être ajoutés ou remplacés facilement. Les temps d'arrêt pour raison de maintenance sont ainsi minimisés.

Harrandt a pu minimiser le risque que présentait le développement de sa nouvelle ligne, tant en raison du design flexible du SuperTrak que de sa décision de conserver ses solutions matérielles et logicielles éprouvées dans les stations de traitement. Le support fourni par le B&R Value Provider en matière d'ingénierie a également joué un rôle important.

De plus, la simulation des mouvements du système SuperTrak a rassuré les responsables de Harrandt à un stade précoce du développement. "La simulation nous a donné l'assurance que, techniquement, nous étions sur la bonne voie. Nous avons pu ainsi réduire le risque lié à l'utilisation d'une nouvelle technologie, tant pour nous que pour nos clients," raconte S. A. Song. Harrandt prévoit également d'utiliser la fonction de simulation du SuperTrak pour montrer la faisabilité et la performance de ses nouvelles lignes dès la phase d'avant-projet.

Les clients ne seront pas les seuls à bénéficier des avantages des nouvelles lignes d'assemblage de pistons de Harrandt. "Notre nouveau concept de ligne basé sur le SuperTrak et appliqué à l'assemblage de pistons peut être aussi transposé à d'autres marchés, pour le plus grand bénéfice de nos clients et de notre entreprise," conclut S. A. Song.