L’usinage de demain : une nouvelle solution d’automatisation qui fonctionne sans accroc

Au cours des dix dernières années, peu de constructeurs de machines ont autant attiré l’attention au niveau international que RoboJob. Grâce à ses solutions d’automatisation pour machines d’usinage, l’entreprise a rendu l’automatisation accessible à tous les ateliers. Son dernier produit, le « Wall », montre à quoi ressemble l’industrie 4.0 dans la transformation des métaux. Un entrepôt central dans lequel les matières premières, les pièces finies, les outils et les dispositifs de serrage trouvent automatiquement leur place, le tout contrôlé de manière infaillible par la technologie Beckhoff.

Le nouveau siège social de RoboJob à Heist-op-den-Berg, où l’entreprise a trouvé plus d’espace pour construire ses installations, est la meilleure preuve de sa croissance. L’entreprise compte désormais plus de 2 000 robots actifs dans l’industrie métallurgique à travers le monde. « Et dire que nous avons nous-mêmes commencé comme entreprise d’usinage », raconte Steven Craenen, directeur marketing. Le tournant s’est produit il y a dix-huit ans, lorsque le directeur n’a pas trouvé de solution appropriée pour automatiser sa production. « Nous avons été confrontés aux mêmes défis que ceux que doivent affronter aujourd’hui les métallurgistes : la contraction des marges et la pénurie de personnel techniquement qualifié. Partant de la question de savoir comment rendre la production plus rapide et plus performante malgré ces carences, y compris pour la PME du coin, nous avons commencé à développer des solutions d’automatisation. Non pas des systèmes lourds destinés aux grandes séries, mais une automatisation flexible et conviviale qui a un impact immédiat. »

Pionniers de l’automatisation

Avec un franc succès. Les Mill-Assist et Turn-Assist ont acquis une renommée nationale et internationale. Outre Heist-op-den-Berg, RoboJob est désormais également présente en Allemagne et aux États-Unis, où l’entreprise emploie au total une centaine de collaborateurs. Son portefeuille ne cesse de s’étoffer. «  En fait, c’est simple : où que vous soyez dans le monde, quelle que soit la taille de votre entreprise, le défi est toujours le même. Nous essayons d’y apporter une réponse simple et accessible. Lorsque nous nous sommes lancés dans l’aventure en 2007, l’automatisation n’était pas encore aussi répandue qu’aujourd’hui. Nous étions des pionniers, car notre fondateur et actuel PDG, Helmut De Roovere, était convaincu que cela deviendrait une nécessité dans l’usinage. Nous répétons aujourd’hui cette histoire avec le Wall. C’est notre vision de ce à quoi ressemblera l’usine du futur. Ce n’est peut-être pas encore d’actualité dans la plupart des entreprises, mais cela montre la direction que nous prenons », affirme Steven Craenen. 

Au cœur de la production 

Qualifier le Wall d’entrepôt automatisé serait lui faire injure. Car en réalité, il y a beaucoup plus derrière – et à l’intérieur. Sam Haeverans, ingénieur électricien chez RoboJob : « Il constituera le cœur de la production. D’une simple pression sur un bouton, l’opérateur lance le processus. Tout ce dont il a besoin pour traiter sa commande est préparé (matières premières, outils, dispositifs de serrage) et réglé dans sa machine CNC qui y est reliée. La commande est prête ? Les pièces sont alors stockées dans le Wall pour une utilisation ultérieure ou un traitement supplémentaire, ou un AGV vient chercher la commande et l’apporte à l’expédition. Les possibilités sont nombreuses, ce qui nécessite une nouvelle façon d’envisager votre production. C’est pourquoi nous avons opté pour un concept modulaire, capable d’évoluer en fonction de vos besoins en automatisation. Nous sommes convaincus que la prochaine amélioration en termes d’efficacité sera obtenue en éliminant la manutention. Et c’est exactement ce que fait notre Wall. »  

Le cerveau de la solution

Le Wall ne peut constituer le cœur de la production que grâce à un cerveau efficace qui coordonne l’ensemble. Bien que les utilisateurs travaillent dans l’environnement logiciel familier RoboJob Jobcontrol, c’est un PLC Beckhoff (CX9020) qui assume ce rôle en coulisses. Un choix et une collaboration qui ont vu le jour après la crise du coronavirus, lorsque les composants étaient rares chez les autres fabricants. « Beckhoff était en mesure de fournir ce dont nous avions besoin pour honorer nos commandes. Cela a ouvert la voie, le service a fait le reste », résume Sam Haeverans. Pour les produits existants, il s’agit d’un simple changement : seul le PLC entre en jeu. En revanche, RoboJob construit ses nouveaux produits standard sur une architecture Beckhoff complète. Dans le cas du Wall, les protagonistes sont les entraînements AX5000. Pour chaque module, trois pièces sont nécessaires pour commander chaque axe : pour retirer les produits de leur compartiment à l’aide de bras télescopiques (ou inversement) et pour les déplacer horizontalement et verticalement jusqu’à leur destination finale. 

Facile à utiliser à l’extérieur, complexe à l’intérieur

La solution s’articule autour de quatre composants. Le squelette du Wall est un profilé de rayonnage standard de Stow. Des rails de guidage situés en haut alimentent en énergie le palan (la navette qui se déplace par-dessus le rayonnage). Le palan actionne le « trayslider » (coulisseau à plateau) à l’aide de câbles. Le trayslider a la taille nécessaire pour actionner un seul plateau. Vous pouvez ainsi ajouter facilement module après module jusqu’à obtenir la taille souhaitée pour votre production. En bas, il reste toujours un passage disponible pour un chariot élévateur ou un robot mobile, afin de limiter l’impact sur le lieu de travail. Simple ? « En théorie peut-être, mais dans la pratique, il faut beaucoup de savoir-faire pour que cela fonctionne de manière conviviale », sourit Sam Haeverans. « Surtout en raison de la flexibilité que nous avions en tête. Cela signifie que le palan devait se déplacer aussi facilement, qu’il y ait 5 ou 500 kilos sur le plateau et quel que soit l’emplacement exact de ce poids sur le plateau. Nous avons également fait appel à Beckhoff pour mettre au point un concept de sécurité parfaitement cohérent. Après tout, le Wall interagit avec les opérateurs. »

Safety first

Le concept de sécurité était peut-être le plus grand défi. Chaque poste opérateur et robot est équipé d’un PLC et d’un contrôleur de sécurité (EL1918) distincts qui contrôlent chacun leur propre circuit de sécurité. Celui-ci comprend au moins un arrêt d’urgence, mais peut également contenir un scanner de sécurité ou une barrière immatérielle. « Mettre en place un système modulaire dans lequel les différents contrôleurs de sécurité peuvent interagir sans nécessiter de programmation supplémentaire à chaque fois », explique Enzio Cominotto, ingénieur commercial chez Beckhoff, pour décrire le défi. « Pour cela, nous avons utilisé le protocole Fail Safe over EtherCAT (FSoE) en combinaison avec l’EAP (EtherCAT Automation Protocol). Dans la communication Safety over EtherCAT, le moyen de transport est considéré comme un « black channel », ce qui signifie que le protocole FSoE peut être transmis via n’importe quelle technologie de communication – dans ce cas-ci, via un réseau Ethernet avec communication optique vers l’ascenseur. »

Encodeurs pour la répartition de la charge

Deuxième défi : résoudre le problème de la charge inégale. La plateforme élévatrice est suspendue à deux câbles. Ceux-ci peuvent présenter un allongement différent en fonction de la répartition de la charge sur la plateforme. Mais pour un fonctionnement fluide, la plateforme élévatrice doit toujours rester parfaitement horizontale, même lors de l’accélération ou du ralentissement de la plateforme. Sam Haeverans : « C’est pourquoi nous avons opté pour des encodeurs supplémentaires (en plus de l’encodeur du moteur) qui mesurent l’allongement des suspensions. Un capteur d’inclinaison détecte la charge asymétrique. La question qui se posait alors était de savoir si nous devions lire les encodeurs via une carte externe ou directement sur chaque servomoteur en tant qu’encodeur secondaire. Nous avons opté pour la dernière solution, car la boucle de contrôle de position s’exécute alors dans les entraînements proprement dit et permet de choisir un PLC légèrement moins performant. »

Flexibilité maximale 

Sam Haeverans : « Pour chaque choix technologique, nous avons longuement réfléchi à la manière dont nous pouvions maximiser la flexibilité. En mettant nos idées en commun avec l’équipe de Beckhoff, nous avons très rapidement obtenu une validation du concept. À partir de là, nous avons pu continuer seuls, mais nous pouvions toujours compter sur l’aide d’un collaborateur de Beckhoff si nécessaire. »