Il y a quatre ans, la société Vision Plastics, basée à Delavan dans le Wisconsin - USA, a démarré la fabrication  de lentilles et montures de petites tailles, destinées à concentrer la lumière provenant de rangées de petites LED à haut rendement, des produits conçus pour l’architecture et l'éclairage publics. Depuis lors, alors que la technologie des LED à haut rendement de ses clients a évolué vers des produits de plus grande taille et plus lumineux, la production de Vision Plastics a été automatisée et la société est en pleine croissance.

L’évolution de la réflexion du PDG de Vision Plastics, Craig Hubertz est à l’origine de la réussite du déploiement de la robotique. Au départ, il considérait les robots comme un substitut onéreux aux opérateurs compétents. « Nous avons toujours dépensé notre argent de manière à obtenir le meilleur retour sur investissement possible, généralement dans une presse à injecter. » Il lui paraissait moins évident de justifier le coût d'un robot. Mais depuis, Craig Hubertz et son équipe, auparavant sceptiques, en ont tiré les enseignements et sont devenus des utilisateurs de robots convaincus. La société Vision Plastics a, grâce aux robots cartésiens trois axes Sepro, non seulement optimisé sa production de lentilles spécialisées, mais s’est également équipé pour produire des pièces à forte valeur ajoutée et à cycle long  pour  des opérations de moulage sur mesure.

L’utilisation croissante de la robotique a permis à Vision Plastics d’améliorer, de manière significative la régularité de sa production et d’améliorer le rendement et la qualité.  

Leçon n°1 : Des livraisons garanties sans défaut

Hubertz a découvert la robotique lorsqu'un client – un fabricant de produits d'éclairage architectural et d'extérieur – lui a demandé de lui livrer des lentilles LED en piles précomptées, correctement rangées (de l’avant vers l'arrière, côte à côte) afin de pouvoir les charger directement dans le système d'assemblage automatisé du client. Estimant que même les opérateurs humains les plus consciencieux et les plus expérimentés peuvent avoir des baisses de concentration, Hubertz a décidé de s'intéresser de près aux robots. « Mon produit rentrait dans le processus d'automatisation de mon client, mis en œuvre sans aucune présence humaine. Nous ne pouvions donc pas nous permettre d'être à l'origine d'un problème à cause d'une pièce mal positionnée. » Vision Plastics a donc travaillé avec Sepro, pour développer une cellule d'automatisation simple, autour d’une presse à injecter JSW et d'un robot cartésien, trois axes, Sepro S5-25. Le robot sort les montures du moule, les fait passer devant une caméra pour un contrôle qualité, puis les empile sur des tiges de rangement, parfaitement orientées et comptées. Chaque « pile » de montures est ensuite fixée et conditionnée en vue de la livraison, prête à être chargée sur la machine du client. Ce dernier insère ensuite les lentilles LED que Vision moule en grande quantité dans une autre partie de l'usine. Selon Hubertz, cette approche « garantit que tout ce qui entre dans le système d'assemblage du client est correctement orienté. »  

Leçon n° 2 : Réduire les coûts et améliorer la qualité

Une fois le premier pas franchi, Hubertz et son équipe se sont rendu compte que la robotique pourrait apporter des contributions qu'ils n'avaient jamais envisagées jusque-là. Le client voulait produire des lentilles plus grosses pour de nouveaux produits à LED et celles-ci nécessiteraient des manchons en laiton moulés au coin des lentilles pour éviter d’être endommagées pendant l’assemblage. [caption id="attachment_2664" align="alignright" width="230"] L’une des premières cellules automatisée utilisait un robot trois axes S5-25 qui décharge les montures du moule, les fait passer devant une caméra pour un contrôle qualité, puis les place correctement orientées et comptées sur des tiges. [/caption] « Auparavant, explique Hubertz, nous aurions envisagé d'investir dans l'automatisation et aurions conclu : "autant charger ces manchons manuellement." Mais après avoir goûté aux avantages des robots Sepro en termes de qualité, nous nous sommes dit que ce n'était pas non plus un énorme changement d'acheter un système de distribution automatique de rondelles et d’utiliser le robot de la presse pour charger les rondelles de laiton dans le moule. » Le processus qui en résulte, développé en collaboration avec Sepro, est le suivant : Tout d’abord, une ligne d'alimentation automatisée oriente les manchons, puis le robot Sepro fait son travail. Le préhenseur sur le bras vertical soulève huit manchons et prépare leur chargement dans le moule. Lorsqu'un cycle se termine et que le moule s'ouvre, le bras vertical descend et sort deux lentilles finies hors des cavités du moule. Le préhenseur pivote ensuite de 90° pour pouvoir placer les manchons en laiton dans le moule. Lorsqu'un nouveau cycle commence, le robot décharge les pièces finies. Vision a également obtenu des gains de productivité et de qualité grâce à  l’optimisation des temps de cycle et l’automatisation des manutentions, permettant de réduire les rebuts. « Tout ceci fonctionne en cycle continu, je n'ai pas besoin de placer un opérateur dédié devant chaque machine, indique Hubertz. Cela ne signifie pas que la main d’œuvre est remplacée par des robots, bien au contraire. « Nous n’avons ni délocalisé, ni licencié de personnel avec l’augmentation de l’automatisation. Nous avons utilisé l’automation d’une manière efficace pour améliorer les tâches des opérateurs. Nous avons pu répartir nos opérateurs d’une manière plus optimale pour plus d’efficacité et de productivité », explique-t-il » et nos employés sont satisfaits de l’aide que les robots apporte. La plupart d’entre eux ont été formés pour travailler dans un environnement automatisé. Leurs missions sont plus intéressantes et plus variées aujourd’hui. Et parce que nous sommes plus productifs, les salaires ont augmenté. »

Leçon n° 3 : Une innovation à forte valeur ajoutée

La précision et la régularité du robot qui charge les manchons ont conduit Hubertz et son équipe à proposer une autre innovation de production permettant de réaliser des économies. Jusqu'alors, Vision Plastics fournissait les lentilles et les montures séparément au client, qui les assemblait ensuite en modules de lentilles finis. Grâce à la confiance née des réussites passées en matière d'automatisation, le client a simplifié la conception du produit et Vision a commencé la fabrication de modules finis, directement dans le moule. [caption id="attachment_2665" align="alignright" width="230"] La cellule Vision Plastics la plus aboutie utilise un robot SCARA (visible derrière les protections, sous le bras du robot Sepro) pour positionner les inserts de lentilles pour que le robot Sepro puisse les prendre.[/caption] Avec l'accord du client et l’aide de Sepro, Hubertz et son équipe ont développé des cellules robotiques de plus en plus élaborées. Dans un premier temps la cellule permettait de disposer manuellement les lentilles finies (fabriquées dans une autre partie de l’usine) sur une rangée sur un plateau tournant ; une caméra permettant de vérifier que la disposition de la lentille correspond à celle du moule (différents plateaux sont utilisés en fonction des moules, selon la taille et l'orientation des lentilles et la disposition des différents moules). Ensuite, le plateau pivote, de sorte qu'un robot Sepro S5-25 puisse saisir les lentilles avec le préhenseur et entrer dans la zone du moule. À la fin de chaque cycle, le bras vertical du robot s'abaisse pour retirer et tenir les produits finis, avant de pivoter pour insérer les lentilles pour le prochain cycle de moulage. Alors que le moule se ferme, le robot place les pièces finies dans une station de marquage où chacune d'entre elles est gravée au laser, avant d'être envoyée sur un convoyeur vers la station de conditionnement. « Ici, nous n'utilisons pas seulement l'automatisation pour améliorer l'efficacité et la qualité, explique Hubertz. Nous apportons de la valeur ajoutée en aidant notre client à améliorer son produit. »  La prochaine cellule, la plus aboutie à ce jour, supprime complètement l’intervention de l’opérateur  grâce à l’utilisation d’un robot SCARA qui positionne les lentilles sur le plateau pour que le préhenseur du robot puisse les prendre et les transférer dans le moule et les insérer dans les empreintes de la partie fixe du moule. Une fois les lentilles insérées, le préhenseur en L pivote à 90°, décharge les pièces finies assemblées sur la partie mobile du moule. Quand le bras du robot est dégagé, le moule se referme pour surmouler une monture autours des lentilles et obtenir un nouvel assemblage de pièces. Pendant ce temps le robot place les pièces finies sur un convoyeur qui les achemine vers une caméra pour un contrôle qualité.  

Les opérations dans le moule, dans une des cellules les plus élaborée, de Vision Plastics se décomposent comme suit : Après être entré dans le moule (à gauche) le préhenseur insère les lentilles dans les empreintes de la partie fixe du moule (Au centre). Ensuite le préhenseur en L pivote à 90° pour récupérer les lentilles assemblées (à droite) et les déposer sur un convoyeur.

 

Leçon n° 4 : Améliorer la compétitivité

Ayant constaté les différents avantages apportés par la robotique dans leur process de fabrication de lentilles – livraisons sans erreur, réduction des couts, rendements plus élevés, et production fiable 24 h/24-7 j/7 sans intervention humaine – Hubertz et son équipe ajoutent maintenant des robots aux  opérations de presse sur mesure, à commencer par des pièces à haute valeur ajoutée avec un cycle long. Leur dernière commande est un robot Sepro qui sera monté sur une presse Van Dorn de 650 tonnes, apportant les avantages de l'automatisation sur une machine existante. [caption id="attachment_2661" align="alignright" width="230"] Adam Hubertz, Responsable Commercial travaille en étroite collaboration avec l'entreprise d'éclairage pour laquelle Vision Plastics fabrique des lentilles.[/caption] L'ajout d'un robot signifie que « le processus ne repose plus sur un opérateur et sur la façon dont il procède à l'ouverture de la porte, l'extraction et la manipulation des pièces, le chargement, la fermeture de la porte, et tout le reste, » indique Hubertz. Selon lui, l'utilisation des robots pour l'extraction de pièces, signifie que les pièces ne restent pas dans des moules ouverts, ne tombent pas, ne cassent pas et ne font pas l'objet d'une mauvaise manipulation ou d'une mise au rebut. Pour autant, les durées de cycle restent uniformes. C'est pourquoi, explique-t-il : « nous avons opté pour un robot sur notre plus grande presse à injecter [de moulage sur mesure] ». Et d'ajouter que deux cellules de moulage sur mesure supplémentaires équipées de robots sont en cours de développement. Une fois terminées, les nouvelles cellules permettront à un seul opérateur de surveiller et de conditionner la production à partir de plusieurs machines à cycle long. Outre les avantages évidents, Hubertz et son équipe estiment que la transition vers la robotique a permis à Vision Plastics d'atteindre un meilleur niveau de conformité, et d'obtenir des gains substantiels en termes de rendement et de qualité. « Lorsque vous disposez d'un processus plus uniforme, » affirme-t-il, vous pouvez être sûrs que la qualité suivra. » Et cela porte ses fruits : Vision Plastics est en pleine expansion. Une extension de 1 700 mètres carrés a été réalisée en 2013 pour agrandir la taille de son installation de près de 50 %, tout en fournissant davantage d'espace pour l'ingénierie et la production. Le nombre d’employé a augmenté en conséquence tout en permettant de maintenir des prix compétitifs. Désormais l’entreprise emploie 120 personnes et possède 30 presses à injecter de 30 à 650 tonnes (la plupart étant de marque JSW ; bon nombre d'entre elles étant électriques). Au total, Vision possède neuf robots Sepro, et d'autres sont en cours de commande.

Alors que certains clients préfèrent changer de fournisseur ou s'approvisionner à l'étranger plutôt que d'accepter des hausses de prix, Hubertz voit un autre avantage essentiel à son investissement en matière de robotique :

« Augmenter la productivité de chaque employé se traduit par une plus grande compétitivité de nos prix, et finalement signifie plus de business.»