Comment la variabilité des processus tue l'automatisation dans l'atelier de fabrication de métaux

Jun 18, 2023

L'automatisation ne peut pas rendre fiable ce qui n'est pas fiable, en particulier lorsque les pièces entrant dans le système automatisé ne sont pas cohérentes. La variabilité est le plus gros écueil sur la voie de l'automatisation d'un processus de fabrication. Getty Images

Tant de fabricants ont du mal à automatiser des opérations apparemment simples pour passer des mois à déboguer et finalement lever les bras de désespoir. Ils finissent par supprimer l'automatisation, provoquant souvent une série de conflits avec les fournisseurs d'automatisation. Dans presque tous les cas, la défaillance peut être attribuée à la variabilité d'une pièce à l'autre ou à un manque de stabilité du processus, qui ne relèvent ni l'un ni l'autre de la responsabilité du fournisseur d'automatisation.

Dans la fièvre de l'industrie pour l'automatisation, les organisations commettent des erreurs fondamentales qui entraînent des retards de processus importants, des dépassements de coûts et parfois des échecs purs et simples. Ils finissent par produire des pièces non conformes ou perdent le débit de production en raison de pannes fréquentes de la machine. Dans ces cas, l'automatisation peut en fait avoir un impact négatif net sur la productivité et les coûts. Pire encore, les échecs spécifiques à un projet jettent inutilement un mauvais éclairage sur l'automatisation auprès de la direction, de sorte que les projets suivants sont rejetés.

Les fabricants peuvent éviter ce scénario en prenant des mesures pour identifier, comprendre et réduire ce qui reste la principale raison technique de l'échec du projet : la variabilité des processus.

La variation dimensionnelle d'une pièce à l'autre, le facteur de risque le plus souvent négligé et le plus important pour tout projet d'automatisation, implique deux composants. Le premier est la capacité de processus. Les pièces sont-elles conformes aux spécifications d'impression 100 % du temps ? Une étude de capacité de processus fournit un instantané de cette capacité et est mesurée en tant que Cpk, un indice de capacité de processus qui identifie le rapport entre les spécifications d'impression et la variabilité naturelle du processus.

Le deuxième élément est la stabilité du processus. Le processus reste-t-il relativement stable dans le temps ? Chaque processus a une certaine variabilité naturelle, comme le montrent les distributions normales dansFigure 1 . Si la ligne médiane du processus dans cette distribution change avec le temps, produit-elle toujours des pièces conformes à 100 % ? À moins qu'ils ne fournissent une cellule ou une opération clé en main, les fournisseurs d'automatisation tiennent généralement le fabricant responsable de la stabilité du processus.

Considérez un processus dans lequel des ébauches alimentées en bobines, nivelées et coupées à longueur sont embouties et rognées. Plus précisément, les ébauches sont coupées à longueur en interne à partir de bobines préfendues et positionnées pour être chargées dans une presse d'étirage et de rognage à deux stations avec une lubrification appropriée.

La première station est équipée de capteurs de détection de flan intégrés qui alertent l'opérateur en cas de mauvaise alimentation et empêchent l'actionnement si un flan n'est pas correctement installé. La deuxième station comporte des capteurs intégrés qui détectent si la pièce formée est correctement installée avant le rognage. Cela comprend le fractionnement et l'éjection des garnitures afin que la pièce finie puisse être retirée et placée de manière fiable sur un convoyeur de sortie.

Un opérateur de presse charge chaque ébauche dans la presse, actionne le système de lubrification et déplace manuellement la pièce entre les postes d'étirage et de rognage vers un panier pour les pièces finies. La ferraille est sectionnée dans la matrice de découpe et tombe sur un convoyeur.

Devant la presse se trouve un rideau de sécurité avec un verrouillage rapide. Pourtant, l'entreprise souhaite automatiser le processus pour des raisons de productivité et de sécurité. Faire fonctionner la presse est un travail très exigeant et les affaires augmentent.

À première vue, cela pourrait ressembler à un simple projet d'automatisation pick-and-place. Un système automatisé pourrait placer avec précision des ébauches dans une matrice, déplacer la pièce tirée de la matrice une fois éjectée, puis la placer dans la station de coupe (voirFigure 2 ). Il pourrait alors retirer la pièce finie de la matrice de découpe et la placer sur un convoyeur de sortie. Avec les interfaces appropriées entre la robotique, les capteurs et les commandes de la presse, ce projet devrait s'accélérer sans encombre, n'est-ce pas ?

Figure 1. Un processus stable et capable a des distributions de paramètres étroites qui se produisent toutes bien dans les limites de spécification du processus.

Les pièces dessinées doivent être précises et cohérentes. Les pièces mal formées peuvent coller dans les matrices et devenir des rebuts. Et s'ils sont automatisés, de tels incidents peuvent provoquer des pannes qui arrêtent l'opération. Pour cette raison, l'entreprise doit évaluer la capacité et la stabilité du processus de dessin lui-même.

La planification de l'automatisation nécessite un œil attentif sur les modes de défaillance : qu'est-ce qui peut et va mal se passer ? C'est l'essence de la variabilité excessive des processus qui se manifeste dans l'automatisation qui déclenche fréquemment des alarmes, produisant des rebuts excessifs et diminuant le débit.

Un processus en trois étapes s'est avéré assez efficace pour minimiser cette variabilité des processus et les obstacles à l'automatisation : (1) observer, (2) analyser, puis (3) planifier et mettre en œuvre.

Les disciplines de la fabrication au plus juste et des contrôles fondamentaux des processus (utilisation du contrôle statistique des processus, études de capabilité) contribuent à améliorer les opérations manuelles, mais elles deviennent encore plus importantes dans un environnement automatisé. Une fois implémentée dans l'environnement manuel, la transition vers l'automatisation peut commencer sérieusement.

Fournisseurs d'automatisation d'écran. Les fournisseurs d'automatisation ont pour mission de développer, concevoir, construire et mettre en œuvre des cellules automatisées. Leur mission n'est pas d'atténuer la variabilité et les risques des processus. En fait, ils s'attendent à ce que leurs clients maîtrisent les deux. Les meilleurs prestataires passeront du temps sur place, observeront le fonctionnement et identifieront minutieusement les risques. Néanmoins, ne comptez pas sur le fournisseur d'automatisation pour faire ce travail à votre place.

Si le fournisseur d'automatisation fournit une cellule clé en main, inclure dans le contrat les tests spécifiques requis en usine et lors de la mise en service pour approuver le projet. En collaboration avec le fournisseur, examinez attentivement l'opération, y compris l'emplacement de la pièce et le serrage, pour vous assurer qu'il maîtrise l'ensemble du processus, et pas seulement l'automatisation.

Certaines entreprises d'automatisation voudront vendre des systèmes de vision complexes et des dispositifs d'inspection en cours de fabrication. Méfiez-vous de ceux-ci et concentrez-vous d'abord sur l'obtention et le maintien d'un processus très performant. Les dispositifs d'inspection doivent être calibrés et entretenus, et ils ajoutent des coûts et du temps de cycle. Si ces appareils finissent par produire un faux signal après un faux signal, ils pourraient finir par être éteints de toute façon.

Rédigez une demande de devis avec un processus d'approbation en deux étapes. Incluez des étapes de fin de processus dans vos contrats, une dans les installations du fournisseur d'automatisation avant l'expédition et une dans votre usine lors de la mise en service et avant le paiement final. Assurez-vous de documenter cette approbation en deux étapes lors de la sollicitation d'offres afin que les fournisseurs d'automatisation puissent planifier et inclure le coût et le temps dans leurs documents d'appel d'offres. Liez les paiements progressifs pour chaque étape à l'achèvement de chaque étape et définissez clairement les exigences d'approbation, telles que les durées de cycle spécifiques et la disponibilité souhaitée.

Effectuer des examens approfondis du concept d'automatisation. Examinez attentivement les concepts d'automatisation proposés avec les fournisseurs potentiels. Demandez-leur de présenter à l'équipe chaque station, le concept proposé et les hypothèses sous-jacentes.

Passez également en revue les modes de défaillance que votre équipe a identifiés et avec l'entreprise d'automatisation, et demandez comment la solution proposée résoudrait chacun d'eux. Enfin, demandez à leur équipe de conception quelles sont leurs préoccupations concernant l'application. Les bons designers auront de bonnes questions.

Figure 2. Les étapes ciblées, encadrées en rouge, semblent simples à automatiser, mais pas sans la stabilité et la capacité du processus.

Fournir des pièces représentatives pour le développement et les approbations d'automatisation. Après avoir renforcé les contrôles de processus et réduit la variabilité des processus, fournissez au fournisseur d'automatisation sélectionné des pièces provenant d'un certain nombre de lots ou de cycles de production à utiliser pour le débogage de l'équipement dans ses propres installations. Le fournisseur d'automatisation les utilisera lors de la première étape d'approbation, évitez donc d'envoyer uniquement les meilleures des meilleures pièces car cela ne causera que plus de problèmes lors de la deuxième étape d'approbation sur site.

Les fabricants se tournent de plus en plus vers l'automatisation et les technologies intelligentes pour faire face aux pénuries critiques de main-d'œuvre et de compétences à travers le pays. Et le rythme de l'automatisation s'accélère, grâce à la forte demande et aux tendances de relocalisation dans la gestion de la chaîne d'approvisionnement. Pourtant, l'automatisation en elle-même ne peut pas rendre fiable ce qui n'est pas fiable, en particulier lorsque les pièces entrant dans le système automatisé ne sont pas cohérentes.

Découvrez la variabilité des processus au début d'un projet afin qu'elle puisse être éliminée plutôt que détectée lors de la mise en service. Une automatisation réussie repose toujours sur des processus stables et performants. Les fabricants qui réussissent le comprennent et travaillent dur pour comprendre leurs processus, les stabiliser, réduire la variabilité et ensuite seulement automatiser.