Les exigences de flexibilité auxquelles doivent répondre les machines de production n'ont jamais été aussi fortes. Par rapport aux systèmes où le déplacement de chaque produit, d'une machine à une autre, est soumis à un cadençage rigide, les systèmes à porte-pièces contrôlés indépendamment les uns des autres génèrent d'énormes gains de flexibilité pour les exploitants et leurs fournisseurs fabricants de machines. La nouvelle machine d'assemblage du constructeur d'installations K&S, qui s'appuie sur le système SuperTrak de B&R basé sur des moteurs linéaires à stator long, le prouve.

La ligne d'assemblage extensible de K&S produit des composants technologiques médicaux aux déclinaisons multiples.

Peu avant la date initialement prévue pour la livraison d'une ligne d'assemblage, Simone Schuster et Michael Fritsch, membres de l'équipe commerciale de K&S, ont reçu un appel téléphonique les informant d'un changement de dernière minute : il fallait que la ligne, dont la fabrication venait d'être achevée, puisse être aussi utilisée pour produire une deuxième variante du produit initial.

Rester ouvert au changement

"Les changements de dernière minute font partie intégrante de notre activité," explique M. Fritsch : "Nous concevons des solutions sur mesure pour répondre aux besoins de nos clients. Ces besoins peuvent néanmoins changer de manière inattendue car les produits à assembler sont totalement nouveaux. Nous commençons à concevoir la machine alors que beaucoup d’inconnues subsistent au sujet du produit final." K&S doit être prêt à adapter ses concepts d’installation à tout moment, pendant toute la durée de vie du projet et au-delà.

K&S a démarré son activité en 1990 en tant que fabricant d’outillages. Pour être plus flexible face aux besoins changeants des clients, l’entreprise a étendu son activité à la fourniture de solutions automatisées complètes. Son offre comprend désormais un large panel de modules de poinçonnage, pliage, assemblage, et soudage. Ces modules sont conçus pour former des lignes de production rectilignes ou circulaires produisant jusqu’à 100 millions d’unités par an. K&S développe également des solutions d’amenage et de conditionnement sous blister hautes cadences.

"Ces modules standardisés se combinent facilement. Nous pouvons ainsi ajouter ou retirer des étapes dans le process de fabrication," explique M. Fritsch.

Les systèmes d’acheminement de pièces communément utilisés sur les lignes d’assemblage impliquent un cadençage rigide. Ceci est incompatible avec les exigences actuelles de production flexible. Dans ces systèmes, c’est la station la plus lente qui définit la cadence de production maximale. Pour augmenter la productivité, il faut alors dédoubler toutes les stations pour pouvoir produire deux pièces simultanément. Qui plus est, ce dédoublement serait aussi nécessaire pour des stations qui pourraient avoir une cadence supérieure au regard du temps de cycle de l’installation… Dans des cas comme celui-là, les systèmes basés sur des navettes contrôlées individuellement et sur des moteurs linéaires à stator long ouvrent de nouvelles perspectives pour la flexibilisation de la production.

Plus flexible avec le système SuperTrak

Lorsque le client mentionné plus haut a confié à K&S la réalisation d’une ligne d'assemblage pour un nouveau composant de débitmétrie, le constructeur s’est mis en quête d’une solution optimisée et flexible. Le fait de pouvoir contrôler et envoyer individuellement chaque porte-pièce à differentes stations de traitement selon les besoins a convaincu les responsables de l’entreprise d’utiliser le système SuperTrak et sa technologie basée sur des moteurs linéaires à stator long.

"Le client voulait une ligne d’assemblage qui lui permettrait de relever ses défis de production futurs," se souvient S. Schuster. "Néanmoins, lorsqu’il nous a confié cette mission, nous ne savions pas encore quelles variantes de produit cette ligne allait devoir assembler." K&S ignorait également quelles seraient les attentes du client en matière de procédés d’assemblage ou de procédures d’assurance qualité. Et comme il s’agissait d’un nouveau produit, les quantités à produire n’étaient pas encore bien définies.

Fin des lignes de production présérie

K&S a intégré deux phases d’exploitation dans la conception de son installation. Pendant la phase 1, l’installation est équipée pour répondre à une demande prévisionnelle. Ensuite, l'installation peut être étendue pour doubler sa productivité et passer ainsi à la deuxième phase de son exploitation. "Les clients n’ont ainsi plus besoin d’utiliser une ligne dédiée pour les productions en présérie," note M. Fritsch.

K&S a réalisé une piste en forme d’hippodrome à partir de 10 segments SuperTrak – deux courbés à 180 degrés et huit droits d’un 1 mètre chacun. Ce circuit a été monté sur la base stable de l’installation mesurant 6 mètres de long. Le montage ainsi réalisé offre suffisamment d’espace pour la vingtaine de stations modulaires standard que fournit K&S. Pour la variante de l’installation destinée à la phase 1, 14 de ces stations sont occupées.

Evitement de collision intégré

Munies de porte-pièces individualisés, les navettes circulant le long de la piste en forme d’hippodrome se déplacent d’une station de traitement à une autre selon les besoins. Les valeurs nécessaires pour définir le sens des mouvements, les accélérations, les vitesses et les positions cible peuvent être programmées individuellement pour chaque navette. L’évitement de collisions intégré empêche tout contact direct entre deux navettes consécutives et assure une mise en file automatique et sûre des navettes avant leur entrée dans les stations de traitement.

Les pièces de montage peuvent ainsi traverser une station sans s’arrêter, s’arrêter à des stations supplémentaires, ou se rendre à différents endroits au sein même d'une station. Il est ainsi possible de fabriquer différentes variantes du même produit ou d’étendre l’installation moyennant un effort minime.

La productivité de l’installation peut être adaptée en fonction des différentes étapes du cycle de vie du produit.

Gains de productivité à moindre coût

Le système SuperTrak offre aussi un autre avantage lorsque le client veut accroître la productivité d’une ligne. Dans bon nombre d’applications, seul un petit nombre de stations ont un temps de traitement critique. Avec le système SuperTrak, il suffit de doubler le nombre de ces stations et d’ajouter quelques navettes pour accroître la productivité de l’installation.

Les constructeurs d’installations bénéficient également de la flexibilité du système SuperTrak. S’ils ont prévu des espaces en réserve, ils peuvent mettre en œuvre les changements demandés par leurs clients à n’importe quel stade du projet et moyennant un effort minime. "Nous avons mis à profit cette possibilité lorsque le client nous a demandé à la dernière minute d’adapter l’installation à une variante additionnelle du produit," rappelle l’équipe de K&S. L’ajout de quelques navettes et d’une station de traitement supplémentaire ont suffi pour répondre à cette demande.

Le système SuperTrak permet de définir si une navette s'arrête ou non à une station de traitement et comment elle doit approcher une station.

L’excellence en assurance qualité

K&S a également mis à profit la flexibilité qu'offrent les navettes contrôlées individuellement pour accroître la productivité de la ligne d’assemblage. Pour répondre aux exigences d’assurance qualité, le fonctionnement des stations d’inspection est régulièrement contrôlé à l’aide de pièces factices spécialement conçues pour ces contrôles. Dans des systèmes où les portes-pièces sont couplés de manière rigide, les opérateurs doivent effectuer cette tâche manuellement et interrompre la production, ce qui conduit à effectuer les contrôles d’assurance-qualité le moins souvent possible.

Avec le système SuperTrak, les pièces factices sont déposées dans un porte-pièce par une station pick-and-place puis transportées automatiquement jusqu’à la station de test. Une fois le test accompli, les pièces factices sont retirées de la ligne. Comme aucune intervention manuelle n’est nécessaire, le taux de disponibilité de l’installation s’accroît. De plus, l’impact limité de ces tests automatisés sur la productivité permet d’effectuer des contrôles plus fréquents et donc d’accroître la fiabilité du process.

Ainsi mis en œuvre, le contrôle qualité évite aussi que des pièces défectueuses endommagent les stations en aval. Ces pièces sont alors envoyées à la station d’évacuation directement et sans arrêt à l'une des stations de montage.

En combinant ses stations de traitement modulaires et la solution de transport SuperTrak de B&R, K&S répond aux demandes changeantes de ses clients avec agilité.

K+S et B&R : un partenariat technologique

"En raison des avantages que procurent les technologies d'entraînement basées sur des moteurs linéaires à stator long, nous utilisions déjà des systèmes track de ce type sur d’autres lignes. Avec la nouvelle ligne d’assemblage, c’est la première fois que nous utilisons un système de B&R," explique M. Fritsch. La décision de K&S de choisir B&R tient notamment au fait que B&R propose deux systèmes à moteurs linéaires à stator long : SuperTrak et ACOPOStrak. De plus, l’offre produit et les architectures de B&R permettent de réaliser des solutions d’automatisation complètes dans lesquelles les mouvements des navettes, par exemple, peuvent être synchronisés avec d’autres axes de l’installation. Au final, K&S bénéficie d’une plus grande liberté de conception pour répondre aux besoins de ses clients avec agilité.

Auteur : Franz Rossmann, journaliste technique basé à Gauting près de Munich

Simone Schuster et Michael Fritsch

Sales Team, K&S Anlagenbau GmbH

"Les besoins de nos clients évoluent tout au long du cycle de vie du produit. Avec la solution de B&R basée sur des moteurs linéaires à stator long, le transport de chaque pièce est contrôlé individuellement. Nous pouvons ainsi répondre à ces besoins avec plus de souplesse."

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