Solutions d'automatisation à grande vitesse

Un fabricant allemand de contacteurs a été confronté au défi d’augmenter sa production de 600 à 2 000 unités par heure sans espace supplémentaire au sol et a trouvé la solution en investissant dans une ligne d’automatisation à grande vitesse. Cette ligne de production comprend l’assemblage, l’étalonnage, les tests et le marquage dans un processus continu et synchronisé avec des temps de cycle mesurés en secondes. Elle se compose d’une table indexée rotative, de machines de préhension guidées par vision, de stations de vissage automatisées, ainsi que de stations de test 100 % électriques sous contrôle centralisé d’un automate programmable (PLC) et d’un programmateur MES. La période de retour sur investissement était déjà de 20 mois, avec un taux de défauts inférieur à 0,1 %. L’automatisation à grande vitesse signifie ici une production plus rapide, mais en plus, elle concerne également la précision, la répétabilité et la documentation des processus de production qui ne peuvent être obtenues avec des processus manuels intensifs. Tous les fabricants devraient acquérir des connaissances sur les technologies d’automatisation à grande vitesse auxquelles ils peuvent accéder, les producteurs existants et le coût de mise en place de ces technologies.

Ce qui définit l’automatisation à grande vitesse

Automatisation à grande vitesse n’est pas simplement une version plus rapide de l’automatisation conventionnelle. C’est une idée de conception où chaque partie du système de production — la manipulation des machines, la réalisation du processus, la collecte d’informations et le contrôle qualité — est développée dans le but de minimiser le temps de cycle de la station la plus lente. Dans l’automatisation à grande vitesse, les temps takt sont généralement inférieurs à cinq secondes, et dans certaines industries, telles que le remplissage pharmaceutique et l’assemblage d’appareils électroniques, ils sont inférieurs à une seconde. Atteindre de telles vitesses ne concerne pas seulement des actionneurs rapides, mais nécessite une intégration complète de la mécanique, de l’électronique et du contrôle ; éliminer toute possibilité d’intervention manuelle et de prise de décision à n’importe quelle étape de la production ; utiliser des systèmes de vision à grande vitesse et un traitement des données pour examiner chaque article sans créer de goulots d’étranglement.

Lors de la réalisation de ce niveau d’investissement, tout fabricant doit prendre en compte divers facteurs, notamment le débit requis, les caractéristiques physiques du produit (telles que le poids, la taille, la fragilité), la précision et la répétabilité requises, les contraintes légales et le cycle de vie du produit. Si une ligne de production est censée produire un produit stable pendant plusieurs années, il serait approprié d’opter pour une conception d’automatisation fixe. Si la ligne de production doit être modifiée fréquemment, il est important d’utiliser un type d’automatisation qui permet un changement rapide des recettes produits, à savoir l’automatisation programmable ou flexible. Notre aperçu de Qu'est-ce que l'automatisation ? fournit le cadre fondamental pour comprendre ces différents niveaux.

Automatisation à grande vitesse dans les industries clés

Dispositifs de protection électrique (disjoncteurs miniatures, disjoncteurs de puissance, contacteurs)

L'industrie de la fabrication électrique est très avancée grâce à l'utilisation de l'automatisation à grande vitesse, qui permet à la ligne de production de fabriquer un petit disjoncteur et un relais électromécanique toutes les deux à quatre secondes. Et l'aspect le plus crucial est que les données collectées pour ce processus de production sont enregistrées numériquement. Bien que l'étalonnage et les tests soient obligatoires pour chaque dispositif de protection, ils deviennent le goulot d'étranglement du processus manuel s'ils ne sont pas automatisés. L'injection de courant à grande vitesse, la mesure en temps réel du temps de déclenchement ainsi que le réglage motorisé de l'étalonnage éliminent le goulot d'étranglement de la chaîne et permettent de s'assurer que chaque dispositif libéré est conforme à la courbe temps-courant spécifiée. Un Ligne d'assemblage automatique MCB intègre l'alimentation, l'assemblage, l'étalonnage, les tests et le marquage en une seule séquence à grande vitesse, produisant un disjoncteur entièrement certifié en quelques secondes. Pour les fabricants de contacteurs, le Ligne de production automatique d'assemblage et de test de contacteurs CA gère le processus complet depuis le soudage des contacts jusqu'au test électrique final. Ces systèmes offrent le débit qui rend la certification IEC et UL économiquement viable à l'échelle mondiale.

Véhicules automobiles et électriques

Le secteur automobile est depuis longtemps considéré comme un leader dans le domaine de la fabrication à grande vitesse. Par exemple, les lignes actuelles de soudage de carrosserie peuvent réaliser jusqu'à 60 à 90 soudures par heure, tandis que les lignes d'assemblage de moteurs ont atteint des vitesses de 30 à 60 secondes entre les moteurs. Ces dernières années, les avancées technologiques ont introduit plusieurs processus à grande vitesse dans le domaine des voitures électriques, tels que le processus hairpin pour l'enroulement du stator dans les moteurs électriques, le soudage des modules de batterie et l'assemblage des connecteurs haute tension dans les moteurs électriques. FANUC et KUKA sont parmi les leaders dans la fabrication de robots pour la production à grande vitesse.

Dispositifs médicaux et produits pharmaceutiques

Dans le secteur médical, la réglementation joue un rôle clé dans la définition de l'automatisation à grande vitesse, en plus de la vitesse elle-même. Un système qui remplit automatiquement des seringues à une vitesse de 400 unités par minute doit prendre en compte la nécessité de stérilité, les contrôles de poids dans tous les cas, et l'enregistrement du volume dans le dossier historique de l'appareil. La grande vitesse, la validation complète et la traçabilité vont de pair dans le processus d'assemblage des inhalateurs, l'emballage des kits de diagnostic et la production de fils chirurgicaux. Les intégrateurs tels que Automatisation ATS se spécialisent dans cette intersection exigeante entre vitesse et conformité.

Transformation des aliments et des boissons

Dans l'industrie agroalimentaire, les lignes de mise en bouteille, de capsulage et d'étiquetage à grande vitesse fonctionnent à des centaines ou des milliers de bouteilles par minute, où les systèmes de vision garantissent les niveaux de remplissage appropriés, les bouchons de bouteilles et les étiquettes. Il existe également des exigences pour le nettoyage en place (CIP) et le changement rapide de référence produit (SKU). Les principaux défis de l'automatisation incluent la manutention mécanique, la propreté et la grande vitesse de fonctionnement des équipements d'emballage fournis par des entreprises telles que Krones et Tetra Pak.

Électronique grand public

Le processus de fabrication des smartphones, des appareils portables et des petits appareils électroniques suit un processus complexe qui consiste à assembler des centaines de composants. Les composants incluent des boulons, des connecteurs et des circuits flexibles, et le processus d'assemblage repose sur l'utilisation de robots qui placent les composants avec précision au niveau du micromètre, la technologie de soudage laser et l'inspection optique. L'assemblage ne prend que quelques secondes, et les lignes d'assemblage peuvent s'adapter rapidement aux changements de modèles de produits.

Automatisé vs. Manuel : la division entre vitesse et qualité

Lors de la comparaison d'une ligne de production conventionnelle avec un équivalent hautement mécanisé, il est essentiel de se rappeler que la haute productivité ne se mesure pas seulement en termes de capacité en unités produites par heure. Ce qui distingue vraiment les deux types de processus de production est le niveau de cohérence du travail, la qualité de la documentation, ainsi que la conformité aux exigences des normes de qualité établies par les marchés d'exportation appropriés. Le tableau fournit un résumé de la comparaison selon les critères importants pour tout responsable de production ou spécialiste des achats.

Quel est le coût d'un système d'automatisation à grande vitesse ?

L'investissement en capital pour l'automatisation à grande vitesse varie largement en fonction de la complexité du produit, du débit requis et du niveau d'intégration. Le tableau ci-dessous fournit des fourchettes budgétaires indicatives pour des lignes automatisées clés en main, hors infrastructure du bâtiment et coût des outillages spécifiques au produit.

Le retour sur investissement d'une ligne de production à grande vitesse soigneusement définie se situe généralement entre 12 et 24 mois, en tenant compte des économies de main-d'œuvre, de l'augmentation du volume de marchandises et de la réduction des déchets et des dépenses liées aux garanties. Si le producteur démontre que la ligne automatique produit des biens avec des coûts de production inférieurs et des taux de qualité supérieurs à ceux des travailleurs humains, alors ce projet peut être facilement financé et son ROI peut être facilement calculé. Différentes organisations de recherche, telles que McKinsey & Company et Deloitte, ont prouvé que l'automatisation à grande vitesse, mise en œuvre dans les bons processus, est l'une des opportunités d'investissement les plus rentables et efficaces pour les producteurs.

Choisir le bon partenaire pour l'automatisation à grande vitesse

Choisir un fournisseur de solutions d'automatisation à grande vitesse est une décision stratégique que votre atelier conservera pendant au moins une décennie. Vous pouvez utiliser les critères suivants pour trouver un partenaire fiable :

• Expérience spécifique dans votre catégorie de produit. Une entreprise ayant installé des lignes de calibration rapide et de test pour disjoncteurs possède une connaissance des exigences des tests électriques, des problèmes liés à la manipulation des contacts et des critères de certification. Si une entreprise ne possède pas cette connaissance, il lui faudra du temps et des ressources pour l'acquérir.
• Capacité d'ingénierie et de construction interne. Le partenaire doit superviser la construction mécanique, l'ingénierie électrique, l'ingénierie des contrôles et la création de logiciels sous un même toit. Diviser ces domaines vitaux engendre un risque d'incompatibilité entre les différentes zones.
• Garanties démontrées de temps de cycle et de rendement. Un intégrateur respecté est censé établir un temps takt et un rendement au premier passage dans les exigences d'acceptation, avec des solutions en cas de non-réalisation lors des tests d'acceptation en usine (FAT).
• Support après installation et pièces de rechange. Une opération fonctionnant 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 nécessite une assistance technique en quelques heures ainsi que des pièces de rechange essentielles. L'infrastructure de service est presque aussi cruciale que la compétence du partenaire en ingénierie.

Foire aux questions

Quels sont les 4 types de systèmes d’automatisation ?

Il existe quatre types d'automatisation : la première est l'automatisation fixe ou dure, conçue pour produire un seul type d'article à grande échelle, la deuxième est l'automatisation programmable utilisée en production par lots, la troisième est l'automatisation flexible ou douce appliquée aux lignes de production mixtes et enfin l'automatisation intégrée qui implique une production réalisée par des ordinateurs et l'utilisation des données dans l'ensemble des processus. L'automatisation à grande vitesse peut être utilisée dans les deux systèmes mentionnés ci-dessus.

Quelle est la plus grande entreprise d'automatisation au monde ?

Siemens est la plus grande entreprise dans l'industrie de l'automatisation industrielle en termes de chiffre d'affaires et d'influence mondiale, occupant la première position devant ABB, Rockwell Automation et Schneider Electric. Les entreprises mentionnées fabriquent les PLC, variateurs et systèmes de contrôle qui composent la plupart des usines automatisées existantes aujourd'hui.

Quels sont les 10 meilleurs outils d'automatisation ?

Les outils d'automatisation courants largement utilisés dans la fabrication contemporaine comprennent les automates programmables industriels (API), les robots industriels, la vision machine, les robots collaboratifs (également appelés cobots), les robots mobiles autonomes (abrégés en AMR), les logiciels MES, les plateformes de simulation jumeau numérique, les solutions de maintenance prédictive pilotées par l'IA, les réseaux de capteurs IIoT et les systèmes d'acquisition rapide de données.

Quelle est la principale entreprise d'automatisation aux États-Unis ?

Rockwell Automation Basée à Milwaukee, Wisconsin, Rockwell Automation est la plus grande entreprise pure d'automatisation industrielle aux États-Unis. Sa famille d'API Allen-Bradley et son offre FactoryTalk sont déployées dans des usines en Amérique du Nord et dans le reste du monde.

Références

• McKinsey & Company — L'avenir de la fabrication et de l'automatisation. Recherche sur la productivité et le retour sur investissement (ROI) de l'automatisation à grande vitesse dans divers secteurs.
• Deloitte — Fabrication numérique et Industrie 4.0. Perspectives sur le retour sur investissement et l'avantage concurrentiel de la production automatisée.
• FANUC Corporation — Robotique à grande vitesse et automatisation d'usine. Fabricant mondial de premier plan de robots industriels et de systèmes CNC.
• ATS Automation — Systèmes d'assemblage et de test à grande vitesse. Intégrateur mondial de systèmes de fabrication automatisés pour les sciences de la vie, les produits pharmaceutiques et les biens de consommation.

Solutions d'automatisation à grande vitesse transformer un processus qui dépend de la vitesse, de l'attention et de la constance humaines en un processus qui dépend de la précision, de la répétabilité et de l'enregistrement des données d'une machine. Pour le fabricant électrique, le fournisseur automobile et le producteur de dispositifs médicaux, investir dans une ligne qui fonctionne en secondes plutôt qu'en minutes fait la différence entre concurrencer sur le prix sur un marché local et concurrencer sur la qualité et le volume sur un marché mondial. Benlong Automation construit des lignes d'assemblage et de test à grande vitesse pour le secteur de la fabrication électrique, car un disjoncteur qui doit se déclencher de manière fiable mille fois doit lui-même être fabriqué avec la vitesse et la précision qu'un processus automatisé et vérifié seul peut offrir.