La mission :
le célèbre fabricant de tronçonneuses STIHL, basé à Waiblingen, près de Stuttgart, fabrique aussi une gamme de scies circulaires à essence. C'est là que le robot collaboratif CR-35iA intervient. Une scie circulaire pèse environ 10 kg, et sans l'aide du CR-35iA, l'opérateur devait la déplacer lui-même. Jusqu'à présent, cette tâche s'est avérée considérablement difficile pour l'opérateur.
La solution :
l'utilisation du robot devait alléger la charge pour les employés sur la ligne d'emballage de la scie circulaire. Sur cette nouvelle ligne d'emballage, le robot a pour mission de prendre la scie circulaire d'un convoyeur aérien, d’effectuer un test de vibration, et de la maintenir en suspension jusqu'à un contrôle visuel. Ensuite, le robot met la scie circulaire dans une boîte de transport
Le résultat :
Le robot soulage la charge des employés sur la ligne d'emballage avec des mouvements à 250 mm/s. Il assume également le déplacement de charges lourdes auparavant réalisé par les employés. Une scie circulaire pèse environ 10 kg, ce qui signifie que la charge totale déplacée par un employé dans une journée de travail atteignait presque de 8 tonnes. Le logiciel « Line Tracking » et l'option « Collision Guard FANUC que STIHL connaissait déjà très bien simplifient le processus. STIHL travaille avec des robots FANUC dans le monde entier depuis les années 1990.
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Logiciel Line Tracking et option Collision Guard avec le CR-35iA
Modèle de collaboration : STIHL ouvre de nouvelles perspectives avec le robot collaboratif de FANUC
Des centaines de robots sont déjà au travail dans l'usine de tronçonneuses du fabricant STIHL, située à Waiblingen, près de Stuttgart. Le premier robot collaboratif a désormais rejoint l'équipe. STIHL a fait un bond en avant dans le développement de sa technologie en intégrant le FANUC CR-35iA. Le robot allège la charge pour les employés sur la ligne d'emballage de la scie circulaire.
Le lancement de la production n'a pris que trois jours. À ce moment-là, le nombre de pièces indiqué avait déjà été atteint. Cela a été possible grâce à l'excellente préparation réalisée en amont du premier déploiement d'un robot collaboratif chez STIHL. L'équipe d'ingénierie de production de la société a passé une année entière à définir les critères techniques et à préparer le site pour la réception du CR-35iA. Cette préparation intensive a porté ses fruits. Dès le premier cycle de fonctionnement, le robot a fonctionné sans le moindre accroc. C'est dans ce domaine que le chef d'équipe André Lange, responsable de la planification des services et du matériel, a su tirer profit de sa connaissance approfondie de la technologie de robots FANUC déjà employée dans d'autres applications :
La manutention et la programmation font partie de l'ADN de cette équipe, ce qui, d'après André Lange, « nous a permis de nous concentrer sur l'intégration du concept de poste de travail collaboratif ».
STIHL connaît la croissance depuis des années
L'an dernier, ce fabricant de tronçonneuses a enregistré un chiffre d'affaires record de 3,46 milliards d'euros. Entre 2015 et 2019, l'investissement total de la société dans le développement de produits, la fabrication et la vente a atteint près d'un milliard d'euros dans le monde entier. 300 millions d'euros de cette somme ont été investis rien que dans la maison mère, ce qui montre l'engagement fort envers le site en Allemagne. Toute une gamme de produits destinés aux professionnels, notamment les scies circulaires, est fabriquée et emballée au siège de l'entreprise, à Waiblingen. C'est là que le robot collaboratif CR-35iA intervient.
Sur la nouvelle ligne d'emballage, le robot a pour mission de prendre la scie circulaire d'un convoyeur aérien, de réaliser un « test de vibration », puis de la maintenir en suspension jusqu'à réalisation d'une inspection visuelle. Ensuite, le robot place la scie circulaire dans une boîte de transport préparée en amont. Dans cette zone collaborative, le robot se déplace à la vitesse maximale autorisée de 250 mm/s.
Le CR-35iA est chargé des tâches de manutention les plus délicates
Avant l'installation d'un robot sur ce poste, la manutention et le test de vibration étaient réalisés manuellement par l'opérateur.
Le test de vibration est une sorte de test acoustique, pendant lequel la scie circulaire est secouée, il s'agit d’une étape importante dans l'assurance qualité et l'inspection finale. Si un cliquetis est perçu pendant ce test, cela signifie que la tête d'aspiration est installée correctement et la scie circulaire peut être emballée. Une scie circulaire pèse environ 10 kg, ce qui donne un poids total soulevé par jour et par employé de près de huit tonnes. Ce robot représente donc un fort allègement de la charge pour les employés.
Les employés sur la ligne d'emballage ont été impliqués dans la conception du projet dès le départ. Ils ont non seulement pu fournir une bonne expertise de la configuration du test, mais ont aussi influencé la conception et l'ergonomie. Markus Wahl, du département de l'ingénierie de production chez STIHL, et responsable de la conception des systèmes de montage, a pu observer les robots au quotidien pendant la phase de développement : « Les employés de la ligne d'emballage ont proposé beaucoup de bonnes idées que nous avons prises en compte. » Les suggestions sont venues directement de l'expérience du terrain : une approche logique de l'ingénierie et un moyen d'obtenir l'acceptation des employés dès le départ.
Le convoyeur aérien comporte près de 80 porte-pièces. Mais il a été constaté que le temps de finition de réglage sur chaque scie circulaire, lors de l'inspection finale, peut varier : par conséquent, certains porte-pièces sont volontairement laissés vides. Il peut arriver que plusieurs emplacements successifs sur le convoyeur aérien soient vides. Lorsqu'un crochet du transporteur porte une tronçonneuse, les systèmes de caméras placés tout au long du trajet détectent la charge et l'information est transmise au contrôleur maître et au système de gestion des données. Le robot synchronise sa vitesse avec le convoyeur grâce au logiciel « Line Tracking » de FANUC, puis saisit la charge au bon moment. Comme l'explique Markus Wahl : « L'objectif est d'utiliser le robot de la manière la plus continue possible, pour qu'il n'y ait pas de temps d'inactivité. » L'une des petites astuces utilisées est la vitesse du transporteur : elle peut varier.
Pour que le robot puisse être utilisé au maximum, une zone de stockage intermédiaire a été prévue à la sortie du transporteur suspendu. Cette zone tampon est par exemple utilisée lorsque l'employé ne peut pas inspecter immédiatement toutes les tronçonneuses qui arrivent en même temps au poste d'emballage, ou s'il prend une pause. Ensuite, le robot fonctionne de manière entièrement automatique. L'objectif est de faire en sorte que le transporteur suspendu soit toujours vide. Si le « ravitaillement » en provenance de la ligne d'assemblage ralentit, le robot peut travailler depuis la zone tampon pour la vider. L'une des variables de ce poste est l'employé. La durée des inspections visuelles peut en effet varier.
Et comme le rappelle Markus Wahl : « Il a fallu régler cela avec la technique de régulation »
Si le robot manque une pièce, plusieurs scénarios de démolition sont prévus. Le robot saisit la tronçonneuse par les deux poignées, l'une après l'autre. Il faut que les deux poignées aient été saisies pour que le robot puisse retirer la tronçonneuse du transporteur suspendu. Si cela ne se produit pas, il attend la pièce suivante.
C'est pour cette raison que, comme le précise Markus Wahl : « Nous effectuons le contrôle de la charge levée directement par la pince. »
STIHL emploie des nouvelles technologies dans sa production
STIHL a conçu sa propre pince pour le CR-35iA. Elle est inspirée des pinces conventionnelles. Cependant, elle n'est pas entièrement visible car protégée par un cache, ce qui permet à la couche de protection d'exercer un effet d'amortissement supplémentaire lors du contact avec des humains. Pour obtenir un tel résultat, les ingénieurs de production de Waiblingen ont dû ajouter une bonne dose d'ingénierie supplémentaire. Cette pince a donc été conçue comme un élément d'interaction Homme-machine. Son mode de fonctionnement est indiqué par des diodes. Par exemple, si la diode rouge est allumée, cela signifie que le robot fonctionne en mode vitesse élevée, à 750 mm/s. Le mode sécurisé MRC (Machine Robot Collaboration) est signalé par une diode bleue. Les boutons-poussoir éclairés situés sur la pince permettent à l'opérateur de confirmer le statut OK, ou de la même manière le statut NOK, s'il s'aperçoit d'un défaut, signifiant qu'il faut décharger la tronçonneuse maintenue par la pince pour rectification. Si le robot est à l'arrêt, par exemple suite à la détection d'une présence humaine dans la zone de sécurité par les capteurs, la fonction pince est alors désactivée. Cela a permis de surmonter les difficultés rencontrées pour atteindre les exigences opérationnelles : une charge utile de 10 kg, une vitesse maximale de 750 mm/s et un profil d'accélération rapide.
Les pinces du robot avec capteur haptique spécial, constituent un élément d'interaction entre l'Homme et le robot
Au vu des efforts déployés dans l'intégration des systèmes, et pas uniquement pour la pince, on peut se demander pourquoi STIHL n'a pas fait appel à un intégrateur de systèmes externe plutôt que de réaliser la conception en interne. Pour Markus Wahl, la réponse tombe sous le sens : « Nous connaissons nos produits, nos processus et nos employés sur le site de production. Et comme nous avions écouté nos employés de la production dès le début, nous connaissions aussi les différentes situations qui peuvent se produire. » De plus, l'étude des bases de données de produits et de montage, ainsi que la maîtrise de la structure du système de production auraient pris un temps considérable pour un intégrateur externe. Comme le souligne André Lange : « Nous aurions été incapables de définir nos exigences à l'avance. »
La possibilité d'utiliser ce robot collaboratif CR-35iA avec le système de contrôle normal de FANUC, ainsi qu'avec ses « collègues » jaunes, a été l'un des principaux avantages : La technologie de contrôle et l'interface utilisateur sont les mêmes. Les éléments du système, tels que le logiciel « Line Tracking » de FANUC, très utile pour la synchronisation avec le système de transport suspendu, mais aussi l'intégration de systèmes de caméras ou l'option logicielle éprouvée « Collision Guard », sont déjà bien connus et appréciés par STIHL.
Dans ce domaine, STIHL bénéficie d'une longue expérience. Depuis la première intégration de systèmes robotisés au milieu des années 1990, la société a pu accumuler un savoir-faire inégalable dans l'ingénierie robotique, en particulier grâce aux centaines de robots FANUC utilisés dans les usines STIHL du monde entier. André Lange le reconnaît : « Nous adoptons et suivons des systèmes de productions assez similaires sur tous nos sites. Le matériel de production que nous utilisons aux quatre coins de la planète, tel que les robots FANUC, nous facilite la vie à plusieurs niveaux, de l'ingénierie à la programmation et jusqu'aux services. »
« Il est très probable qu'à l'avenir, nous augmentions notre utilisation des robots dans nos processus de production, » explique M. Lange. Si la robotique collaborative est actuellement au centre de l'attention, c'est parce que la stratégie de production existante est en plein développement, avec un haut niveau d'intégration verticale. André Lange ajoute : « On se pose toujours la question suivante : Comment les robots pourraient-ils alléger la charge de nos employés au quotidien ? La robotique collaborative est une technologie qui ouvre de nouvelles perspectives : À présent, les humains peuvent travailler main dans la main avec les robots. Nous voulons tester ce concept et continuer à avancer dans ce domaine pour en tirer un avantage compétitif. »
Les arguments de M. Lange en faveur du MRC pourraient presque tous être appliqués aux robots conventionnels. Cependant, il sait exactement où se trouve le progrès significatif : « Nous avons déjà un niveau élevé d'automatisation, mais il faut à présent identifier et combler les vides. Cette technologie ouvre de nouvelles perspectives dans la conception des usines. »
La sécurité en priorité
Le CR-35iA est utilisé au quotidien depuis plus de six mois, et André Lange and Markus Wahl, les chefs de projets, ne sont pas les seuls à être satisfaits. Le robot a aussi été entièrement accepté parmi les employés. Dans l'usine, on lui a donné le surnom affectueux « Hulk », et aucun employé chez STIHL ne pourrait aujourd'hui se passer de ce robot collaboratif.
La coopération ouverte avec les autorités de sûreté industrielle en vaut la peine
Le CR-35iA est utilisé au quotidien depuis plus de six mois, et André Lange and Markus Wahl, les chefs de projets, ne sont pas les seuls à être satisfaits. Le robot a aussi été entièrement accepté parmi les employés. Dans l'usine, on lui a donné le surnom affectueux « Hulk », et aucun employé chez STIHL ne pourrait aujourd'hui se passer de ce robot collaboratif.
À propos STIHL
Le groupe STIHL conçoit, fabrique et distribue du matériel motorisé pour l'agriculture et la sylviculture, mais aussi le jardinage paysager, le secteur du bâtiment et les particuliers exigeants. Ces produits sont complétés par la gamme de matériel de jardin VIKING. Ces produits sont vendus dans plus de 160 pays grâce à un réseau d'agents de service agréés composé de 37 filiales du groupe de vente et marketing, environ 120 importateurs, et plus de 45 000 distributeurs agréés. STIHL produit dans sept pays à travers le monde : l'Allemagne, les États-Unis, le Brésil, la Suisse, l'Autriche, la Chine et les Philippines. Depuis 1971, STIHL est la marque n°1 des ventes dans le monde de tronçonneuses motorisées. La société a été créée en 1926 et son siège se situe à Waiblingen, près de Stuttgart. En 2016, STIHL a enregistré des ventes à hauteur de 3,46 milliards d'euros et comptait 14 920 employés à travers le monde.
