Extension de l'installation grâce à un enchaînement de processus assisté par robot

 

Une extension entièrement automatisée d'une ligne de fabrication THT existante a été mise en service chez l'un des plus grands prestataires de services mécatroniques européens. En collaboration avec le constructeur de machines spéciales et d'installations haprotec GmbH de Kreuzwertheim, l'équipe de projet a développé un concept d'extension d'une installation existante par une ligne de placement entièrement automatisée, composée d'une combinaison d'automates de placement et de robots de placement, ainsi que de deux stations de test et de scellement.

 

La ligne de production existante produit depuis 2013 de l'électronique de puissance, principalement pour l'e-mobilité. L'installation combine deux lignes de soudage avec des postes de travail de placement manuels, des systèmes de tampon et des systèmes AOI. À l'époque déjà, les deux entreprises avaient pris des mesures courageuses pour enchaîner plusieurs machines de processus, commandées et surveillées par le système central de gestion d'installation de haprotec, alors nouvellement développé. Au fil des années, l'installation a pu être étendue et développée grâce à la planification prévoyante des deux partenaires.

C'est alors qu'a été donné le coup d'envoi de la prochaine étape d'extension, la plus innovante et la plus prometteuse à ce jour. L'équipe responsable avait préalablement posé la première pierre lors de vastes entretiens de planification et déterminé la faisabilité du projet. Les exigences qui en résultaient en termes de variantes et de temps de cycle n'étaient pas moins exigeantes que l'objectif de "garnir les THT sans personne". Dès le début, il était clair que la commande et la traçabilité devaient être réalisées exclusivement via le système de commande centralisé (ZLS) de haprotec, déjà établi dans le monde entier. En outre, il a été convenu très tôt de baser le concept de l'installation sur la grande flexibilité des robots à six axes.

 

"Un tel projet est novateur pour notre branche et exigera beaucoup de l'équipe de projet, malgré des années de collaboration fructueuse et basée sur la confiance. En effet, tant les exigences techniques que le cadre temporel de ce projet sont exceptionnels", déclare Peter Helmstetter, collaborateur commercial responsable de haprotec.

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Equipement, alimentation en matériau & manipulation des serre-flans

 

La plupart des composants THT sont équipés par un automate de placement intégré, bien que certains composants, en raison de leur nature, ne puissent être placés que par un robot supplémentaire de haprotec. L'automate de placement et le robot de placement effectuent le placement exclusivement en ligne, c'est-à-dire directement dans le porte-pièce sur le système de transport.

 

Pour ce faire, il a fallu développer un système de manipulation des serre-flans qui, au début du processus de placement, retire les serre-flans du porte-pièces et les remet en place à la fin. C'est ainsi que sont nés deux systèmes de portique avec préhenseur et un système de transport supplémentaire pour les serre-flans. Afin d'optimiser l'espace, la manipulation des serre-flans a été placée au-dessus de la ligne de placement à l'aide de deux tours.

 

Pour atteindre l'autonomie requise de l'installation, le robot de placement est accompagné d'un système d'alimentation en matériel basé sur un système automatique de plateaux. Grâce à des applications de vision appropriées, le robot identifie le produit, sélectionne le composant correct, vérifie l'alignement des douze broches et le place sur le circuit imprimé. Le défi consistait ici à corriger la position avant le placement. Ici, le choix d'un robot à six axes s'est avéré être un grand avantage par rapport à un système à portique classique.

 

Christian Happ, directeur de haprotec, résume les raisons pour lesquelles son entreprise est adaptée à ce défi.

"En règle générale, les concepts de nos clients dans le domaine de l'automatisation THT prévoient le montage de composants sur des postes de travail de montage manuels. Pour ce faire, haprotec s'est particulièrement concentré ces dernières années sur le développement de systèmes d'assistance pour le guidage des opérateurs et le contrôle du placement. Dans ce cas, nous avons pu nous appuyer sur notre expérience dans le deuxième secteur d'activité de l'entreprise, la construction de machines spéciales pour les techniques de montage et de contrôle, pour répondre aux exigences plus pointues de notre client. La manipulation de composants de haute précision dans des temps de cycle de quelques secondes est ici à l'ordre du jour. Nous pouvons ainsi servir les deux domaines de la branche High-Volume Low-Mix et High-Mix Low-Volume".

 

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Manipulation des barquettes, testeurs & distributeurs

 

Les huit produits de base différents sont amenés dans des piles de plateaux dans l'ensemble du système. Un robot retire les différentes platines de la barquette et les place dans les porte-pièces vides sur la ligne de placement. Une fois qu'un plateau a été vidé, le robot prend le plateau vide et le place sur un transport intermédiaire, puis place les circuits imprimés soudés dans les plateaux. Grâce au développement d'un double préhenseur spécifique, tous les produits et toutes les variantes de barquettes peuvent être saisis avec le même système de préhension. Le produit est acheminé vers le deuxième robot via le transport intermédiaire. Celui-ci prélève les platines et les place, selon leur affectation, dans l'un des deux testeurs. Une fois le test réussi, le robot replace le produit dans la barquette et le transmet au robot suivant du système. Celui-ci transfère les produits soudés et testés dans l'un des deux distributeurs, puis avec l'ensemble de la barquette sur une station de sortie.

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Le chef de projet du côté du client explique la complexité de la tâche. "En tant que planificateurs, nous sommes toujours confrontés aux mêmes défis. Évaluer les meilleurs processus pour nos produits et les enchaîner le plus efficacement possible. Dans ce cas, l'efficacité se traduit par l'espace utilisé, la grande variabilité des produits avec un temps de cycle réduit, le tout sans devoir rééquiper l'installation manuellement. Dans la collaboration avec haprotec, nous considérons que c'est surtout le savoir-faire d'intégrateur de processus de toutes sortes qui est précieux".

 

 

Communication, traçabilité & commande de ligne

 

L'ensemble de l'installation peut être conduit selon le principe chaotique. Pour charger les programmes, une communication directe a été établie entre le MES et les machines de processus via le système de contrôle haprotec. Chaque étape du processus est interrogée et vérifiée via RFID et DMC. Inversement, toutes les données importantes pour la production sont réécrites dans le MES via le système de contrôle central. La traçabilité complète peut ainsi être assurée tout au long de la chaîne de production.

 

"En raison de la complexité, du volume élevé de données et du maintien de la production pendant la mise en service de l'extension, nous avons convenu au préalable avec notre client de remplacer le système de contrôle existant de 2013 par la dernière version. Le développement continu de ces dernières années nous a permis de maintenir les fonctions du ZLS au niveau actuel de la

technique, ce qui nous a permis par exemple de tester toutes les interfaces par une simulation du MES spécifique au client avant la mise en service proprement dite. Nous avons ainsi pu intégrer sans problème la nouvelle ligne de l'installation dans la ligne existante", explique Alexander Rose, chef de projet et de développement chez haprotec, en résumant les avantages d'une commande moderne de l'installation.

 

Après la mise en œuvre réussie du projet, le coup d'envoi de la phase de planification d'une installation sœur a été donné presque immédiatement. Tout le monde est d'accord pour dire que le concept développé à l'origine a fait ses preuves et que c'est la bonne voie pour l'avenir.