33 robots interconnectés polissent casseroles et poêles avec un fini brillant

   

Industrieanzeiger (05/30/2018), Uwe Böttger

Beaucoup parlent de l'industrie 4.0 et font peu de choses. La Heinz Berger Maschinenfabrik de Wuppertal prend le sujet au sérieux et a remporté le Robotics Award avec un système dans lequel 33 robots en réseau prennent leurs propres décisions.

Il n'a pas été si difficile d'avoir Andreas Groß, directeur de la Heinz Berger Maschinenfabrik à Wuppertal, au téléphone. Un premier contact habituel s’est transformé en un exposé technique d’une heure sur les robots, les pinces, la pâte à polir, les casseroles et les casseroles, et j’en ai appris de plus en plus sur l’énorme installation de 33 robots avec laquelle Heinz Berger a remporté cette année le Robotics Award. Après l’entretien, je me suis demandé pourquoi cet homme était à ma disposition. Lors de la conversation téléphonique, Andreas Groß n’est pas seulement l’administrateur délégué, il a développé le système en tant que responsable du design, il est aussi le photographe en chef de son entreprise, qui photographie finalement les systèmes finis et encore impeccablement propres et réalise des vidéos. Et bien sûr, il s’occupe aussi de la presse spécialisée.

Mais par-dessus tout, Andreas Groß est un spécialiste de la robotique de bout en bout. « Heinz Berger Maschinenfabrik n'a que soixante ans », dit-il. "Et au cours des 20 dernières années, nous avons réalisé environ 700 intégrations de robots." Chaque année, l’entreprise de Wuppertal installe entre 40 et 70 de ses ouvriers sidérurgistes. Et s’il y a un projet avec 33 machines en cours, c’est un chiffre très important pour les spécialistes du Bergisches Land.

Depuis que le système a été livré au fabricant d’articles ménagers WMF à Geislingen, en Allemagne, Andreas Groß connaît non seulement les robots, mais aussi les casseroles et les poêles. Il a tous les diamètres et hauteurs de fourreau habituels de la casserole à la marmite à viande dans sa tête, il connaît le volume typique d’un autocuiseur et sait que les casseroles ont un diamètre de 280 mm. « Ma femme en est heureuse », plaisante-t-il. « Mais avant de construire l’installation robotisée, je n’avais aucune idée de tout ça. »

Les nouvelles connaissances sur les ustensiles de cuisine étaient inévitables, car l’usine traite la gamme complète des casseroles et poêles de WMF. D’une part, les pots bruts non traités migrent de la presse d’emboutissage et d’autre part, toutes les dix secondes, un modèle est produit prêt à la vente, parfaitement meulé à l’intérieur et à l’extérieur et poli à un brillant élevé. Il ne manque que les poignées, le couvercle et l’étiquette de prix. L’ensemble du processus est entièrement automatique. À l’intérieur du système, supervisé par deux employés, 33 robots en réseau travaillent dans des conditions difficiles à imaginer. "Le polissage, c’est de la saleté", dit Groß. "La pâte à polir sale est distribuée 24 heures sur 24 dans les cellules." Et pourtant, la technologie doit toujours fonctionner de manière fiable.

L’environnement difficile a été l’une des raisons pour lesquelles le développement de l’installation a duré environ trois ans. « De nombreux employés ont participé à la conception, à la préparation du travail et, plus tard, à la construction », explique M. Groß. Un technicien de procédé était sur place pendant près de deux ans et a accompagné la production et la formation du personnel. Andreas Groß lui-même était à Geislingen au moins vingt fois. « Bien sûr, tout ne s’est pas déroulé sans heurts dès le début », admet le directeur général. Cela aussi aurait été un miracle. Avec ses 35 x 20 m, le parc de machines a les dimensions d’un terrain de handball et est donc le plus grand projet que l’entreprise de Wuppertal n’ait jamais réalisé. Le système se compose de trois brins de onze robots chacun, qui travaillent ensemble de manière séquentielle. Tous les robots sont en réseau les uns avec les autres et traitent les casseroles et les poêles de façon entièrement automatique. « Aujourd'hui, tout le monde parle de l’industrie 4.0 et a des solutions correspondantes dans sa gamme, mais toutes n’incluent pas également l'industrie 4.0 », déclare Andreas Groß. « Mais pour nous, ce sont 33 intelligences en réseau qui s’organisent et chaque unité peut prendre des décisions. » C'est exactement ce que signifie Industry 4.0 : des intelligences décentralisées qui traitent les signaux d’entrée et en tirent des conséquences. Il peut s’agir d’un changement d’outil, par exemple, si la pièce, c'est-à-dire le pot ou le plateau, change. Dans ce cas, le système bascule automatiquement en 2,5 minutes, sans qu’aucun opérateur dans le hall ne tourne de vis ou n’appuie sur de boutons. Un commutateur intelligent reconnaît la pièce fournie, un contrôle de plausibilité suit, puis les 33 robots passent d’un robot à l’autre et indépendamment les uns des autres. Le système s’adapte en quelque sorte à la nouvelle pièce. La formule courte pourrait être la suivante : Nouveau pot, nouveau programme. En même temps, cependant, toutes les pièces du système sont traitées ultérieurement. L’usinage et le ré-outillage s'effectuent en parallèle. Le système se ponce, se polit et se reconstruit simultanément sans interruption (voir aussi interview).

Une telle pièce de tôle formée, fraîchement sortie de presse et encore complètement non transformée, ne fait que très loin de rappeler un pot de marque. Même le profane se rend immédiatement compte qu’il y a encore beaucoup à faire. Mais le fait que onze robots se lancent dans la partie est remarquable. Dans la pratique, un pot ou une casserole passe à travers une chaîne complète de robots. Les six premières machines usinent les pièces à l’extérieur, les cinq autres robots sont destinés à l’usinage interne. Avant même de pouvoir commencer, le robot doit emballer le pot correctement pour l’usinage. L’entreprise de Wuppertal a développé une pince combinée spéciale pour l’usinage extérieur, qui s’aspire d’abord jusqu’au fond du pot par un vide à l’intérieur du pot et en même temps étend un outil à expansion. « Imaginez que vous entriez dans le pot avec la main droite et que vous étendiez les doigts », c’est ainsi qu’Andreas Groß illustre le processus. « C’est à peu près comme ça que fonctionne notre pince. » Groß parle à juste titre de « notre pince », car la pièce a été créée dans le bureau d’études de Heinz Berger Maschinenfabrik. Il faut presque un an et demi pour qu’il se développe. Une fois le pot fixé à l’aide de la pince combinée, l’usinage externe commence autour de l’un d’eux. Les traces indubitables de l’emboutissage profond sont poncées sur le fond du pot et sur les surfaces extérieures. Il s’agit de lignes ondulées typiques sur la surface, qui sont causées par des irrégularités dans l’ébauche qui ne peuvent pas être influencées pendant la déformation. Tout ceci doit être lissé avant l’étape de travail suivante. Le bord de versement du pot est également lissé afin que l’utilisateur ne puisse pas se blesser et que le produit ait l'air bon en fin de compte. Les robots partagent toutes les étapes de travail dans différents processus et avec différents outils. Le meulage est suivi du polissage et du polissage des surfaces extérieures. Alors que tous les composants nécessaires tels que les abrasifs et le liant sont déjà présents sur le support lors du polissage, le polissage ne fonctionne qu'avec une pâte à polir supplémentaire. Le disque de polissage lui-même est guidé par le robot. La pâte contient de la graisse et des grains abrasifs qui assurent l’élimination souhaitée. Andreas Groß et ses collaborateurs ont donc dû trouver un moyen d’obtenir la pâte à polir entre le disque de polissage et la pièce à polir - toujours dans la bonne quantité et au bon endroit. Lors du développement du système, c’était avant tout le bon endroit qui s’est avéré être un défi, car une meule de polissage change avec le temps. Au début, il a un diamètre de 500 mm et lorsqu’il est utilisé après environ un millier de pots, son diamètre a diminué à 300 mm. Ceci n’est pas sans importance pour l’application automatique de la pâte à polir. L’entreprise de Wuppertal a donc installé un pistolet de polissage haute pression au-dessus du disque, qui tire entre 2 et 6 mm³ de pâte entre le pot et le disque de polissage à une pression de 15 bars. Ceci se fait à intervalles réguliers, qui peuvent être programmés. Cependant, le pistolet doit tirer au bon endroit et toucher sa cible exactement. Comme le disque de polissage rétrécit en cours d'utilisation, il est également une cible mobile. Dans l’exemple, le rayon du disque est raccourci de 100 mm. Comme la pâte de polissage doit toujours frapper exactement entre la pièce et l’outil, cette course de déplacement est compensée par un angle de lancement variable. Les robots s'en chargent également. Ils changent l’angle sous lequel le pistolet tire la pâte.

Environ 30 secondes qu'un pot ou
une casserole est en route dans le train fantôme

Pour Andreas Groß, il s’agit d’une « technologie complètement nouvelle et totalement farfelue » qui, à sa connaissance, n’a jamais existé auparavant. Le réglage du pistolet à pâte à polir commandé par robot n’est pas seulement unique, mais aussi peu coûteux. « Notre solution coûte moins de 10 000 euros et avec 33 robots, cela fait une énorme différence que ce détail coûte en fin de compte 10 000 euros ou deux fois plus », souligne M. Groß avec raison. Bien équipés avec le bon disque de polissage et suffisamment de pâte à polir au bon endroit, les robots se mettent au travail et donnent à l’ustensile de cuisson sa surface brillante et finale.

Les cinq autres robots sont destinés au traitement interne des casseroles et des poêles. Ici, les étapes de traitement sont répétées du meulage au polissage en passant par le polissage. Pour cette opération, une pince spéciale issue du propre développement de l’entreprise est également disponible, qui maintient le pot au fond à l’aide d’un aspirateur. Les ustensiles de cuisine sont en route dans ce train fantôme pendant environ 30 secondes. Et comme il y a trois de ces lignes, le système crache un produit fini toutes les 10 secondes. Comme tout le reste dans le système, le changement d’outil est entièrement automatique. Il est évident qu’un disque de polissage différent est nécessaire pour une petite casserole d'une hauteur de coquille de 70 mm que pour une cocotte haute pression de 300 mm. Les meules de polissage diffèrent non seulement par leur diamètre, mais aussi par leur poids. Alors que le modèle étroit pèse environ 25 kg, il porte le disque large à 80 kg. Les outils de rectification avec lesquels le robot traite les différentes zones des pièces doivent également être changés.

Les meules de polissage ne sont jamais complètement rondes, c'est-à-dire qu’elles oscillent pendant l’usinage. Par conséquent, l’outil doit être pressé contre la pièce à usiner avec une pression considérable. « Si vous tenez le disque devant vous comme une fille, vous pouvez le polir jusqu’au dernier jour et vous ne pouvez pas aller plus loin », dit Groß. C’est pourquoi le système est équipé de « robots lourds » qui appliquent une pression de contact comprise entre 50 et 80 kg. Dans ce cas particulier, il s’agit des modèles KR 180 de Kuka, qui sont conçus pour une charge maximale de 180 kg.

Les robots ne sont pas seulement puissants, ils changent automatiquement de position et s’occupent du réglage du pistolet de polissage. Ils impliquent également des collègues de chair et de sang. Ainsi, les robots savent toujours combien il y a de personnes dans le hall. Habituellement, deux travailleurs s’occupent du système. Leur travail consiste notamment à fournir les disques de polissage, qui sont ensuite saisis par les robots. Chaque robot sait combien de temps durera son stock d’outils, mais connaît aussi les stocks des autres modèles. Et comme tous les robots sont en réseau et communiquent entre eux, ils peuvent coordonner le stockage et éviter les conflits.

Un exemple : Comme le robot numéro 13 peut prévoir que son stock de disques de polissage sera épuisé en même temps que celui du robot 17, il envoie un ouvrier à l’entrepôt deux heures plus tôt par précaution pour se ravitailler. Cela permet d’optimiser la capacité de l’installation tout en évitant le scénario le plus redouté : un temps d’arrêt coûteux. Le robot peut entrer en contact avec le travailleur de différentes manières. L’un d’entre eux se fait via le téléphone portable. Il y a également des écrans dans le hall d'où l’on peut lire les ordres.

Malgré toutes les conditions défavorables dans lesquelles les robots fonctionnent, l’entreprise de Wuppertal a réussi à garantir la disponibilité requise de 95% pour l'ensemble du système. Cela signifie que chaque robot doit travailler avec une fiabilité de 99%. « Enfin et surtout, les broches des meules de polissage doivent également fonctionner avec toute la saleté et pour les années à venir », souligne M. Groß. Mais les spécialistes du Bergisches Land ont également réussi à maîtriser le problème.


« La ligne se reconstruit constamment »

Monsieur Johann, il y avait beaucoup d'obstacles à surmonter lors du développement de l’installation. Néanmoins, y avait-il quelque chose comme le plus grand défi ? Quelle a été la partie la plus difficile de la mise en œuvre ?

L’ensemble du projet était en fait un grand défi, surtout pour nous en tant qu’entreprise de taille moyenne qui ne construit généralement pas d’installations aussi grandes. La tâche de s’assurer que chaque robot sache au bon moment quel pot est actuellement en contact était particulièrement passionnante. Le système complet s’adapte alors à ce pot et change automatiquement. Le pot détermine le programme. 

Mais en même temps, les pots, qui sont encore dans la plante, sont finis ?

C’est correct. Le système se reconstruit en permanence et traite simultanément les pièces à usiner. Pendant qu’un robot polit un pot, l’autre change l’outil ou la pince pour le pot suivant. Le réajustement se fait cellule par cellule, ce qui est aussi ce qui le rend fascinant. Vous vous tenez à côté de la plante et vous voyez comment tout change, comme si tout était contrôlé par la magie. Bien sûr, il n’y a pas de fantôme derrière, mais une technologie de contrôle sophistiquée. 

Ce concept était-il demandé par le client de cette manière ?

Nous devions le faire, sinon nous n’aurions pas été en mesure de respecter le temps de changement de produit requis. Nous ne pouvons pas simplement vider l’usine avant d’introduire un nouveau produit. 

Le développement de l’installation a pris trois ans. Au cours de cette longue période, aviez-vous des doutes quant à la réalisation des objectifs que vous vous étiez fixés ?

Notre directeur général n’en a jamais douté. Nous nous sommes tous rassemblés, nous avons regardé vers l’avenir, nous avons réparti les tâches en paquets et nous les avons distribuées dans toute l’entreprise. C’est ainsi que nous avons pu mener à bien ce grand projet grâce à une coopération coordonnée. 

Sincèrement : est-ce qu’il y avait des spécifications auxquelles vous avez dû renoncer ?

Bonne question. Le client a fourni une spécification détaillée de ses besoins. Dans le temps dont nous disposions, nous avons finalement tout réalisé. Y compris les choses dont nous ne connaissions pas la solution au début. Au cours de ces trois années, nous avons également développé des idées complètement nouvelles.

Comme quoi ?

Le système d’alimentation de la pâte à polir. Nous avons repoussé cette histoire longtemps. Le robot prend la buse de pâte dans sa main et la pousse dans la bonne position. Et nous n’avons pas besoin de disques supplémentaires. Pendant longtemps, nous ne pouvions pas imaginer comment nous pourrions résoudre ce problème et craignions qu’il ne devienne un gros problème. Mais ensuite est venue l’idée géniale. 

Combien de temps l’usine sera-t-elle en service ?

Au moins dix, peut-être vingt ans. Peut-être même plus longtemps. Je travaille pour Heinz Berger depuis 2005 et toutes les installations que j'ai construites sont toujours en fonctionnement.

Industrie 4.0 au sens premier du terme

En choisissant le lauréat du Robotics Award 2018, le jury a une fois de plus fait preuve d’un instinct sûr. Car ce que l’installation complexe de Heinz Berger Maschinenfabrik peut réellement faire ne pouvait guère se manifester avec les possibilités limitées d’une candidature. Même la vidéo fournie ne pouvait que donner une première impression. Au cours de mes recherches sur cette histoire, j’ai remarqué : Tonnerre ! La solution est Industrie 4.0 dans sa forme la plus pure et méritait à juste titre la médaille d'or.

Un de 33 robots d’une ligne avec laquelle le programme complet de casseroles et de poêles d’un fabricant de marques est meulé et poli
Un des premiers pas dans la production de casseroles est le meulage de la transition entre le sol et la surface enveloppante.
Lors du meulage de la surface intérieure le robot tient la casserole au sol sous vide.
Comme tout dans cette ligne, l’échange des disques de polissage se fait automatiquement.
Cette station de travail polit la surface enveloppante de la casserole avec un fini brillant.