Solutions d'assemblage semi-automatisées

Lorsqu'un fabricant de modules de commande électroniques a dû augmenter sa production de 5 000 à 20 000 unités par mois, son équipe d'ingénierie s'est trouvée confrontée à un dilemme. Une ligne d'assemblage entièrement automatisée aurait été trop coûteuse et trop rigide, compte tenu des modifications apportées aux produits tous les six mois. Par ailleurs, une ligne d'assemblage entièrement manuelle n'aurait pas permis d'obtenir une qualité de soudure constante ni de satisfaire aux exigences du client en matière de tests fonctionnels 100%. L'entreprise a donc opté pour une troisième solution : une ligne d'assemblage entièrement manuelle. assemblage semi-automatisé Dans cette cellule, les opérateurs chargent les cartes de circuits imprimés (PCB) dans un gabarit d'assemblage, lequel est ensuite utilisé par une machine pour réaliser une soudure de précision. Après la soudure, un contrôle optique automatique des joints est effectué. L'opérateur retire alors la carte du gabarit et la place sur un rack. Cette cellule d'assemblage semi-automatisée représente un coût bien inférieur à celui d'une ligne entièrement automatisée, répond aux exigences de débit et peut être reprogrammée pour produire le produit suivant en une heure. Cette solution pragmatique, ni entièrement manuelle ni entièrement automatisée, est idéale pour des milliers de fabricants. Elle automatise les étapes de fabrication qui requièrent intrinsèquement précision et répétabilité, tout en conservant une manipulation manuelle flexible et économique pour les étapes trop variables pour être automatisées.

Qu’est-ce qu’un processus d’assemblage semi-automatisé ?

Dans ce système de production, certains équipements effectuent la majeure partie du travail et sont actionnés par des opérateurs qui chargent et déchargent les machines ou déplacent les composants d'un processus à l'autre. Une machine réalise une opération (par exemple, des soudures) et, à la fin d'un cycle, enregistre le résultat. L'opérateur charge une pièce sur la machine et lance le cycle à l'aide d'une commande anti-blocage à deux mains ou d'une pédale. Contrairement à une ligne entièrement automatisée, le transfert des pièces entre les processus nécessite une intervention humaine en plus de l'utilisation de la machine. Contrairement à un processus manuel, les cycles machine se répètent sans intervention humaine ; ainsi, toute variation est éliminée lors de l'exécution des opérations et la précision du processus est garantie lorsque la répétabilité est essentielle.

Pour une compréhension plus approfondie de l'ensemble du spectre de l'automatisation de la production, consultez notre aperçu de Qu'est-ce que l'automatisation ? fournit le contexte plus large dans lequel s'insèrent les systèmes semi-automatisés.

Comment les solutions semi-automatisées améliorent les performances de fabrication

De nombreux avantages mesurables justifient l'investissement dans une unité de production semi-automatisée. La plupart de ces avantages permettent un retour sur investissement suffisant dès les 12 à 24 premiers mois. Une étude récente de McKinsey & Company a démontré qu'investir dans 20 % des étapes, qui représentent 80 % de la variation de qualité, procure la majorité des avantages offerts par les unités de production entièrement automatisées, et ne nécessite généralement qu'une fraction (moins d'un dixième) des dépenses associées à ces dernières.

• Répétabilité du processus. Une visseuse semi-automatique peut serrer chaque vis au couple souhaité et enregistrer la valeur exacte de ce couple. Un opérateur manuel, quant à lui, se fie à sa mémoire musculaire (son ressenti du serrage optimal), sans qu'aucune trace de cette opération ne soit conservée. Dans un assemblage critique pour la sécurité (un disjoncteur ou un connecteur d'airbag automobile), la présence ou l'absence d'un tel enregistrement a un impact considérable : la conformité du produit dépend de sa conformité.
• Qualité constante. La tête de soudage par résistance semi-automatisée applique un profil de soudure uniforme sur tous les contacts. Le banc d'essai semi-automatisé effectue une séquence de tests électriques uniforme sur toutes les unités testées. La machine continue d'exécuter la même fonction indéfiniment, sans interruption, sans être sujette aux distractions extérieures et sans nécessiter de formation supplémentaire immédiate de l'opérateur lors des changements d'équipe.
• Débit avec coûts de main-d'œuvre maîtrisés. Comme le temps de cycle d'une cellule semi-automatisée est contrôlé par la machine et non par l'opérateur, elle produit davantage de produits par heure qu'une cellule manuelle. Un opérateur peut ainsi superviser une seconde cellule pendant que la première fonctionne, ce qui accroît la productivité.
• Flexibilité pour les variantes de produits. Grâce à la rapidité de changement d'équipement, les cellules semi-automatisées présentent des avantages tant pour les sous-traitants que pour les entreprises produisant diverses gammes de produits. Leur flexibilité permet de modifier le flux de production en sélectionnant une recette et en changeant un outillage, généralement en quelques minutes seulement. Au final, cette solution s'avère rentable pour les entreprises qui recherchent une méthode efficace de fabrication de plusieurs types de produits.

Là où l'assemblage semi-automatisé a le plus grand impact

Une approche d'assemblage semi-automatisée peut être avantageuse quelle que soit l'organisation qui l'utilise, car les exigences en matière de qualité et de débit varient considérablement d'un secteur à l'autre.

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

Dans la fabrication des disjoncteurs miniatures et des disjoncteurs boîtier moulé, les étapes d'étalonnage et de test sont les plus critiques, tant sur le plan légal que fonctionnel. Un disjoncteur qui ne se déclenche pas dans les délais prévus par sa courbe temps-courant représente un danger pour la sécurité. Les bancs d'étalonnage et de test semi-automatisés, tels que ceux construits par Benlong Automation, permettent à un opérateur de charger un disjoncteur. La machine applique ensuite le courant de surcharge ou de court-circuit, mesure le temps de déclenchement, ajuste la vis d'étalonnage et valide ou rejette l'unité. L'opérateur manipule la pièce ; la machine effectue la mesure. Ceci garantit que chaque disjoncteur répond à sa norme de certification sans nécessiter une ligne de production entièrement automatisée. banc d'étalonnage thermique semi-automatique et Banc d'essai de déclenchement magnétique sont des exemples de cette approche. Pour l'assemblage du mécanisme de disjoncteur lui-même, un machine d'assemblage semi-automatique peut automatiser l'assemblage, le rivetage ou le vissage des composants internes, l'opérateur chargeant les boîtiers, les contacts et les bobines dans les dispositifs de fixation et la machine effectuant le travail mécanique précis.

Composants automobiles et véhicules électriques

Les cellules semi-automatisées sont généralement utilisées pour la fabrication de sous-ensembles, tels que des clips de faisceaux de câbles, des boîtiers de capteurs et des connecteurs. Une soudeuse à ultrasons semi-automatisée ou une cellule de distribution à vision intégrée assure le contrôle de processus requis pour la conformité aux exigences PPAP (Processus d'approbation des pièces de production) du secteur automobile, tout en maintenant des coûts de main-d'œuvre suffisamment bas pour permettre un déploiement sur plusieurs lignes de production. FANUC fabrique les robots et cobots qui constituent souvent la composante automatisée de ces cellules et qui prennent en charge la manipulation des outils tandis que l'opérateur maintient la pièce.

Dispositifs médicaux et de diagnostic

Lors de l'assemblage de dispositifs médicaux, il est généralement nécessaire de valider le processus et de consigner les opérations pour chaque dispositif produit. Une station de collage de seringues semi-automatisée (ou un système de distribution de réactifs) peut enregistrer en détail chaque paramètre de processus lors du chargement/déchargement des composants, en l'associant au numéro de série du dispositif. Ceci permet de répondre aux exigences de validation des organismes de réglementation, sans nécessiter l'investissement initial d'une ligne aseptique entièrement automatisée.

Électronique grand public

En raison des cycles de vie courts et de la grande diversité des produits électroniques grand public, l'automatisation complète de l'assemblage est difficile. Dans la sous-traitance électronique, de nombreux processus sont semi-automatisés, notamment le vissage, le dépôt d'adhésif et les tests fonctionnels. L'opérateur place la carte de circuit imprimé (PCB) dans le dispositif de fixation ; la machine dépose, fixe et/ou teste automatiquement la PCB ; l'opérateur la retire ensuite. Lorsqu'un produit existant est modifié, les équipements de production peuvent souvent être convertis pour fabriquer le nouveau produit en quelques semaines.

Quel est le coût d'une solution d'assemblage semi-automatisée ?

L'investissement pour un assemblage semi-automatisé La configuration de la station dépend du procédé, de la précision requise et du niveau de contrôle intégré. Le tableau ci-dessous fournit des indications sur les plages de valeurs pour les cellules clés en main, incluant la machine, l'outillage, les commandes et la programmation.

Ces prix incluent la machine clé en main ; l’outillage pour les variantes de produits spécifiques, la formation des opérateurs et l’expédition sont en sus. Le retour sur investissement est généralement atteint grâce à une combinaison de réduction de la main-d’œuvre, de la réduction des rebuts et d’augmentation du rendement. Une cellule qui remplace deux opérateurs par poste sur deux équipes, ou qui élimine un cycle de retours sous garantie coûteux, peut rentabiliser l’investissement en moins de dix-huit mois.

Choisir le bon intégrateur pour une solution semi-automatisée

Lors du choix d'un partenaire pour la conception et la réalisation d'une cellule d'assemblage semi-automatisée, il est important de prendre en compte d'autres facteurs que le simple coût. L'intégrateur doit maîtriser le processus de fabrication mis en œuvre, les tolérances requises et le type de données à collecter.

• L'expérience du domaine est importante. Les entreprises qui fabriquent des systèmes d'automatisation à usage général sont susceptibles de rencontrer des difficultés pour calibrer un déclencheur thermique ou souder un contact en argent. En revanche, forte de son expérience dans la conception de centaines de stations pour l'industrie électrique basse tension, Benlong Automation a déjà rencontré et résolu ce type de problèmes spécifiques.
• Architecture de contrôle et données. Le dispositif sera conçu à l'aide d'un automate programmable industriel (API), par exemple de type Rockwell Automation ou Siemens, qui communiquera avec le système d'exécution de la production (MES) de l'usine. Les données de chaque cycle seront stockées dans une base de données et conservées quel que soit l'état de la machine (mise hors tension ou non).
• Assistance et pièces détachées. Une cellule semi-automatisée représente un investissement dont la durée de vie est d'au moins 10 ans. L'intégrateur doit disposer d'un stock de pièces détachées essentielles et assurer une assistance technique à distance et sur site adéquate dans un délai de réponse défini.

Foire aux questions

Qu'est-ce qu'un processus semi-automatisé ?

La semi-automatisation est un mode de production où toutes les opérations principales – soudage, dosage, contrôle et fixation – sont réalisées automatiquement par une machine industrielle, à l'exception du chargement de la pièce, du lancement du processus et du déchargement de la pièce finie. Les processus de base sont donc automatisés, mais le chargement/déchargement et la manutention des pièces restent manuels, ce qui offre une plus grande flexibilité.

Qu'est-ce qu'un système semi-automatisé ?

Un système semi-automatisé est une opération de fabrication automatisée (via un automate programmable, des capteurs, etc.) qui nécessite l'intervention d'un opérateur pour le chargement et le déchargement des pièces à chaque cycle de production. La machine ou la cellule comprend d'autres composants d'automatisation et des outils spécifiquement adaptés au composant fini produit.

Quelle est la différence entre automatisé et semi-automatisé ?

Un système entièrement automatisé gère le déplacement et le traitement des matériaux sans intervention manuelle, tandis qu'un système partiellement automatisé automatise uniquement le processus, mais nécessite un opérateur pour préparer et manipuler la pièce avant et après chaque cycle. La différence entre ces deux types de systèmes réside dans les méthodes de manutention des matériaux et non dans la qualité du processus.

Quels sont les différents types de systèmes d'assemblage automatisés ?

Il existe plusieurs types de systèmes d'assemblage automatisés, allant des lignes de production entièrement intégrées et totalement automatisées aux cellules semi-automatisées pouvant être pilotées par un opérateur, ainsi qu'à d'autres zones ou processus où les pièces doivent être assemblées de manière ordonnée. Ces systèmes peuvent être classés en quatre grandes catégories : l'automatisation fixe (ou rigide) pour la production en grande série d'un seul type de produit ; l'automatisation programmable pour la production en lots multiples ; l'automatisation flexible pour la fabrication de plusieurs types de produits ; et les cellules semi-automatisées qui automatisent l'étape d'assemblage tout en conservant la manipulation manuelle des pièces.

Références

• McKinsey & Company — Fabrication numérique et Industrie 4.0 — Recherche sur l'impact de l'automatisation ciblée sur la productivité et la qualité.
• Rockwell Automation — Solutions de contrôle et d'automatisation industriels — Plateformes PLC, IHM et MES pour la fabrication semi-automatisée et automatisée.
• FANUC Corporation — Cobots et robots industriels — Des solutions robotiques fréquemment intégrées dans des cellules d'assemblage semi-automatisées.
• Automation World — Études de cas d'assemblage semi-automatisé — Publication spécialisée traitant des mises en œuvre réussies de la semi-automatisation dans différents secteurs d'activité.

A solution d'assemblage semi-automatisée Il ne s'agit pas d'un compromis entre manuel et automatique, mais d'une stratégie délibérée qui concentre la précision et l'enregistrement des données de l'automatisation là où ils sont les plus importants – aux étapes du processus qui déterminent la qualité – tout en conservant l'élément de manipulation le plus adaptable et le moins coûteux : un opérateur qualifié. Pour les fabricants de disjoncteurs, de contacteurs, de composants automobiles, de dispositifs médicaux et d'une centaine d'autres produits, une cellule semi-automatisée offre la production certifiée et reproductible exigée par les chaînes d'approvisionnement modernes, à un coût et avec une flexibilité qu'une ligne entièrement automatisée ne peut égaler. Benlong Automation conçoit ces cellules pour l'industrie électrique, transformant l'étalonnage, les tests et l'assemblage des dispositifs de protection, auparavant effectués manuellement, en un processus semi-automatisé contrôlé, documenté et reproductible.