10 Janvier 2018  |  Productique
Publié dans La Revue POLYTECHNIQUE 11/2017

Détermination des indicateurs TRS sur une ligne d’assemblage

Grâce à l’installation d’un système RFID industriel UHF de Balluff sur une ligne d’assemblage pour chaudières, la fonderie WESO a résolu l’une des tâches les plus difficiles pour la détermination des indicateurs TRS (taux de rendement synthétique).

La détermination des indicateurs TRS* (taux de rendement synthétique) s’avère toujours extrêmement difficile lorsque, au cours des processus, une saisie et une comparaison de paramètres n’est pas possible par la technique de commande. Ceci est souvent le cas pour les lignes d’assemblage comportant une part prépondérante de processus manuels ou semi-automatisés. Ici, il est souvent impossible d’intégrer des systèmes de mesure supplémentaires, tels que des capteurs de débit d’air comprimé ou des compteurs de courant, dont les valeurs mesurées pourraient être attribuées via un système de commande, conjointement avec les autres paramètres des différents produits.
Dans le cadre d’un projet ReVista, Michael Kreide, directeur de département chez WESO - une fonderie appartenant au groupe Viessmann -, a choisi de s’attaquer, dans une ligne d’assemblage pour chaudières, à la tâche la plus difficile, afin de réaliser la surveillance du système de gestion d’énergie au moyen de l’identification des composants, de façon homogène jusqu’au niveau produit.
 
La station de lecture 2 – Position de l’antenne à l’entrée du module d’assemblage
 
 
Le concept ReVista
Le concept ReVista (Ressourcen- und verfügbarkeitsorientierte Instandhaltungsstrategie – stratégie d’entretien orientée ressources et disponibilité) permet une production efficace en termes de matières et d’énergie, garantissant une disponibilité adaptée aux exigences pendant le fonctionnement. En fin de compte, l’enjeu consiste également en l’amélioration de l’efficacité du processus qui, chez WESO, repose sur l’idée fondamentale de l’amélioration continue (concept «KVP»), un concept qui est profondément ancré comme objectif de l’entreprise.
 
Le module d’assemblage: arrivée d’une chaudière montée avec transpondeur (ici monté horizontalement à des fins de test).
 
 
L’une des grandes fonderies allemandes
Située dans la commune moyenne-hessoise de Gladenbach, la fonderie WESO est, avec plus de 400 collaborateurs, l’une des grandes fonderies allemandes. Elle fabrique depuis plus de 120 ans, des produits en fonte grise de qualité supérieure, à destination du marché mondial.
Cette filiale de Viessmann est aujourd’hui un prestataire de services pour tout ce qui tourne autour de la fonte. Sa gamme de produits va des pièces en fonte de précision pour la construction de machines et de boîtes de vitesses, pour les pompes et les accessoires de tuyauterie, les machines frigorifiques, la construction de tracteurs et de véhicules sur rails, jusqu’aux pièces destinées aux chaudières. Ces dernières sont montées dans une ligne d’assemblage avec actuellement 135 variantes différentes et des puissances s’échelonnant de 15 à 270 kW. Les temps de cycle sont compris entre 7,4 et 122 minutes.
«Aux exigences particulières liées à des dimensions de composant fortement variables et des positions de montage changeantes, vient s’ajouter le fait que nous manipulons parfois des produits liquides, ce qui, dans l’environnement déjà relativement hostile, constitue une difficulté supplémentaire pour toute identification des pièces à l’aide de systèmes optiques», déclare Michael Kreide. C’est pour cela qu’il a recherché une solution RFID pour identifier individuellement les chaudières dans les différentes stations de la ligne d’assemblage, afin de pouvoir attribuer à chaque chaudière les consommations effectives des consommables tels qu’électricité, air comprimé, produits, etc., et déterminer les indicateurs TRS.
 
La station de lecture 3 – pendant le contrôle d’étanchéité, un maximum de quatre chaudières se trouvent dans la zone de contrôle.
 
 
Une technique d’identification optimale
Au vu des conditions prédominantes, la RFID (Radio Frequency Identification) est pour Michael Kreide la bonne technique, car elle garantit une identification automatique d’objets de tous types, même sans contact visuel direct entre le support de données et l’appareil de lecture. Cela signifie que par rapport à l’identification optique, mêmes les informations fournies par des supports de données éventuellement encrassés, sont lisibles grâce à la transmission de données par radio.
Parmi les cinq systèmes RFID proposés par Balluff, fonctionnant avec différentes fréquences de transmission, la version à ultrahaute fréquence (UHF) BIS U constitue la solution optimale pour la ligne d’assemblage de WESO. Avec 865 (EU) ou 915 (US) MHz, elle couvre des zones de lecture allant jusqu’à 6 m.
 
Le transpondeur avec système de fixation réutilisable et éléments magnétiques.
 
 
Le défi: régler les paramètres du système de lecture
Le défi a consisté à régler les paramètres du système de lecture, c’est-à-dire le point de travail, de telle sorte que seul le support de données soit à chaque fois détecté, y compris en présence d’autres supports de données se trouvant dans l’environnement immédiat – ce qui est inévitable en raison des particularités de la ligne d’assemblage.
On y est parvenu en définissant la valeur de réglage par la variation de la puissance de l’antenne, pour laquelle la fonction du transpondeur est tout juste encore garantie – sans que les autres transpondeurs ne soient adressés. En augmentant la puissance d’émission de l’antenne en fonction de l’application, au-delà de l’intensité minimale nécessaire du champ de détection, le point de travail est réglé de telle sorte que le système d’identification – transpondeur et unité d’exploitation – soit protégé par rapport aux changements de l’environnement et aux variations des composants liées au montage. Cette valeur détermine également la zone de lecture effective d’une antenne. Par conséquent, un réglage correct est la condition préalable à un processus de détection sélectif.
Lors du réglage des paramètres de processus, il faut néanmoins tenir compte de l’allure réelle de l’atténuation du champ. Dans un environnement réel, les ondes électromagnétiques émises par une antenne atteignent des objets de différente forme, taille et nature du matériau. Ceci conduit à des dispersions et des réflexions, générant des ondes «vagabondes», qui peuvent interférer avec les ondes primaires ou avec des ondes déjà réfléchies sur d’autres objets.
 
La fonderie WESO fabrique différents types de chaudières.
 
 
Un procédé et un logiciel spécialement développés
Étant donné que les situations environnantes des différents points de lecture RFID diffèrent les unes des autres, l’intensité du champ de détection ou la puissance d’émission d’antenne correspondante doit être déterminée individuellement pour chaque point de détection. Les systèmes RFID professionnels de Balluff réalisent cette tâche sur site, à l’aide du procédé «Power Scan», qui est assisté par un logiciel spécialement développé pour la mise en service d’une telle application.
Par ce biais, la sensibilité des supports de données est mesurée en un point de montage situé dans l’espace devant l’antenne, permettant de déterminer la puissance d’émission minimale nécessaire de l’antenne. En connaissant la courbe d’excitation caractéristique, la zone de lecture peut être définie de telle sorte à empêcher une lecture indésirable de supports de données dans l’environnement immédiat.
 
Quatre antennes sur une unité d’exploitation commune
Chez WESO, outre le réglage des paramètres de processus, le procédé «Power Scan» a également permis de déterminer les positions optimales pour les antennes, ainsi que la disposition la mieux appropriée des supports de données interchangeables sur les bâtis de chaudière. Au total, quatre antennes sont installées pour la surveillance des stations de travail dans la ligne d’assemblage. Toutes quatre sont raccordées par le biais d’une unique unité d’exploitation commune.
La première antenne couvre la zone d’introduction. Dans cette zone, les segments individuels des chaudières sont posés manuellement et un support de données muni d’un numéro d’identification est fixé sur le corps de base. À cette fin, l’opérateur prélève un transpondeur du bac de stockage et le place dans la zone de lecture de l’antenne. Sa puissance d’émission est réduite de telle sorte que la distance de lecture du transpondeur ne s’élève qu’à 30 cm environ. Ce réglage permet de garantir que seul le transporteur placé immédiatement devant l’antenne soit lu et connecté au système. En revanche, les transpondeurs se trouvant à côté, dans le bac de stockage, ne sont pas détectés.
Lors de l’introduction de la chaudière dans la station d’assemblage suivante, une deuxième antenne détecte le transpondeur. Après le pressage intervient le montage de diverses pièces rapportées, avant que les chaudières ne parviennent dans une station de contrôle d’étanchéité.
Une troisième station de lecture, installée à ce niveau, permet une nouvelle fois l’attribution sélective des consommations de service et des consommables. «Le réglage de la station de lecture dans cette zone s’est avéré particulièrement exigeant, étant donné que, suivant les cas, jusqu’à quatre chaudières se trouvent dans un espace réduit au sein de la station de contrôle. En outre, en raison du prémontage en marche continue, des chaudières supplémentaires s’accumulent devant l’entrée de la station de contrôle», explique Michael Kreide. Une fois le contrôle d’étanchéité terminé, les chaudières parviennent dans la zone d’emballage, où le transpondeur est de nouveau retiré et le message d’acquittement est émis simultanément par le biais de la quatrième antenne installée à cet endroit.
 
Balluff AG
2564 Bellmund
Tél. 032 366 67 57
 
WESO-Aurorahütte GmbH
D-35075 Gladenbach
Tél. +49 6462 9210
www.weso.de


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