Depuis plus de 40 ans, la société ESCHA GmbH & Co. KG développe, produit et commercialise des solutions de connectique, des boîtiers et des solutions spécifiques de haute qualité destinés aux environnements exigeants avec des indices de protection élevés, tels que IP67 à IP69. Qu'il s'agisse de connecteurs pour capteurs/actionneurs, de connecteurs de données et de puissance, de connecteurs pour vannes, de modules E/S ou encore de solutions de connexion et d'assemblages de câbles sur mesure, ESCHA fournit les interfaces essentielles pour les applications industrielles. Son champ d'action s'étend de la technologie d'automatisation et de la construction mécanique à l'industrie agroalimentaire, en passant par les technologies ferroviaires et de transport ou encore les énergies renouvelables.

Véritable pilier technologique de sa propre production, ESCHA dispose d’un service interne de fabrication d’outils et de moules. C’est là que sont fabriqués les moules d'injection complexes, les dispositifs et les inserts de moules qui serviront ensuite de base à la production de millions de connecteurs. Benjamin Unruh, chef de projet chez ESCHA, décrit ainsi le rôle historique du département : « Nous fabriquons les dispositifs et les éléments de moules destinés à notre production. Lorsque nous parlions de clients au sein du département d’outillage, il s’agissait jusqu’à présent presque toujours de clients internes. » Le département d’outillage permet ainsi à ESCHA de réagir avec flexibilité aux exigences du marché et de réaliser de manière économique aussi bien des produits standard que des solutions spécifiques aux clients.


Un besoin d’agir dans le département d’outillage

Les processus de fraisage existants dans le département d’outillage et de fabrication de moules répondaient de moins en moins aux exigences d’ESCHA. Les deux anciennes fraiseuses HSC usinaient, en production mixte, une large gamme de matériaux allant des plastiques techniques et du graphite aux aciers à outils et aciers inoxydables, en passant par les alliages de cuivre et l’aluminium. Si leurs broches conçues pour les hautes vitesses étaient idéales pour les opérations de finition, elles se révélaient toutefois peu performantes pour les processus d’usinage plus exigeants.

La fiabilité des processus constituait un défi supplémentaire. En raison d’une lubrification insuffisante, les copeaux adhéraient fréquemment aux pièces et aux systèmes de serrage. Cela entraînait régulièrement des perturbations lors de la manutention automatisée, pouvant aller jusqu’à des collisions du robot. Parallèlement, les processus d’usinage devaient être ralentis afin d’éviter les bris d’outils. Les temps importants consacrés aux changements d’outils et au nettoyage réduisaient encore la productivité. Les magasins d’outils de faible capacité, les dimensions limitées des pièces et la faible capacité de stockage des palettes compliquaient également la réalisation de longues périodes de production autonome.

Outre les défis techniques, des mesures s’imposaient également sur le plan organisationnel. « La gestion des outils et la planification de la production reposaient en grande partie sur des processus manuels. Nous avions une véritable multitude de fichiers Excel », se souvient Unruh. « Les écarts au niveau des outils étaient calculés une fois par jour et, si une nouvelle commande arrivait ensuite, elle devait tout simplement attendre.


Des exigences claires plutôt que l’intuition

Pour ESCHA, il était clair dès le départ que le projet allait bien au-delà du simple remplacement d’une fraiseuse. L’entreprise recherchait une chaîne de processus numérique de bout en bout, de la réception de la commande au composant fini. Une stratégie globale de numérisation du département d’outillage a donc tout d’abord été élaborée. L’objectif consistait à rendre l’ensemble des processus plus transparents, plus standardisés et pilotables sur la base de données. Fin 2021, ESCHA a ainsi introduit le système MES et de contrôle EVOMECS avec gestion des outils et des tâches. Parallèlement, un cahier des charges détaillé a été élaboré pour le projet « BAZ 2.0 », comprenant de nombreuses exigences techniques concernant la machine, l’automatisation et l’intégration numérique. ESCHA savait en effet précisément où se situaient les faiblesses de ses processus existants.

Les objectifs étaient clairement définis : réduire les coûts de réparation de 70 %, améliorer sensiblement la fiabilité des processus et diminuer d’environ 30 % les temps d’usinage par pièce. Il s’agissait parallèlement de permettre une production largement autonome avec de longues périodes de fonctionnement sans surveillance. L’intégration au système de contrôle EVOMECS constituait un autre critère essentiel.

La Fehlmann VERSA 945, une machine polyvalente et flexible

Après une analyse approfondie du marché, le choix s'est finalement porté sur le centre d'usinage VERSA 945 de Fehlmann, associé à une solution d'automatisation sur mesure de Gibas. « La solution Fehlmann répondait à 94 % de nos exigences, soit le taux de satisfaction le plus élevé », explique Benjamin Unruh. « De plus, nous savions déjà par expérience que nous pouvions compter sur Fehlmann tant pour la technologie que pour le service après-vente. » En effet, ESCHA utilise depuis de nombreuses années une machine autonome Fehlmann PICOMAX 56. Les expériences particulièrement positives en matière de service après-vente avaient très tôt instauré un climat de confiance. « On n’achète pas seulement du matériel », souligne Benjamin Unruh. « On achète aussi un service et la confiance qui va avec. »

Sur le plan technique, la VERSA 945 correspondait très bien au profil requis. La machine allie une grande précision à un couple robuste et convient ainsi parfaitement à la diversité des matériaux utilisés dans la fabrication d’outils chez ESCHA. Contrairement aux machines purement à grande vitesse, Fehlmann conçoit délibérément la VERSA comme une plateforme universelle pour les tâches d’usinage les plus diverses. « Le client n’a pas toujours besoin d’un cheval de course », explique Alain Strebel, directeur commercial pour l’Allemagne et l’Europe du Nord chez Fehlmann AG, pour décrire la philosophie de la machine. « Souvent, il a plutôt besoin d’un cheval de galop – c’est-à-dire d’une machine qui maîtrise de manière fiable de nombreuses disciplines différentes. »


Alliant grande stabilité et précision

La VERSA 945 installée chez ESCHA combine une vitesse de rotation de la broche de 24 000 tr/min avec un couple de 74 Nm, couvrant ainsi une gamme extrêmement large de matériaux. L’un de ses atouts majeurs est le pack abrasif intégré. Il protège efficacement les guidages lors de l’usinage de plastiques hautement abrasifs.

Sur le plan de la conception également, la VERSA 945 se distingue des installations précédentes. Au lieu d’une construction Gantry classique, Fehlmann mise sur une structure en portique à axes découplés. Le portique fermé absorbe particulièrement bien les forces d’usinage et garantit une grande rigidité à l’ensemble de la machine. « La construction en portique nous offre exactement la combinaison de stabilité, de précision et de flexibilité dont nous avons besoin pour notre fabrication d’outillage. Cela nous permet d’effectuer l'usinage des matières et des tailles de pièces les plus diverses sur une seule machine », résume Benjamin Unruh.

Outre les performances techniques, la capacité d’automatisation de la machine a également joué un rôle central. La VERSA 945 a été conçue dès le départ pour un fonctionnement automatisé et offre à cet effet de nombreux avantages structurels : grâce à l’accès séparé pour l’automatisation, l’opérateur peut à tout moment équiper la machine d’outils ou surveiller le processus depuis l’avant, tandis que le robot prépare la palette suivante depuis le côté. Avec 256 emplacements d’outils dans le magasin d’outils à rack, les problèmes de capacité liés à la production « Lights-Out » ne sont plus un obstacle. Grâce à l’arrosage par le centre de broche à 80 bars, les copeaux sont éliminés directement là où ils se forment. Cela garantit la stabilité des processus et évite les redoutables casses d’outils.


Cellule de production flexible pour un fonctionnement autonome

Fehlmann travaille depuis de nombreuses années en étroite collaboration avec le spécialiste néerlandais de l’automatisation Gibas. « Compte tenu des exigences d’ESCHA en matière de flexibilité, de systèmes de serrage variés et d’intégration ouverte du système de contrôle EVOMECS, il était clair pour nous dès le départ que Gibas serait notre partenaire pour l’automatisation », explique Alain Strebel. « Nous avions déjà réalisé de nombreuses installations communes aux Pays-Bas et savions que Gibas était ouvert à ce type de solutions sur mesure. » C’est précisément cette ouverture qui a été déterminante pour ESCHA. « C’était finalement l’un des points les plus importants », se souvient Benjamin Unruh. « De nombreux concurrents voulaient imposer leur propre système. Fehlmann et Gibas étaient tous deux prêts à s’adapter à notre concept et à intégrer l’installation complète dans l’environnement EVOMECS existant. »

Au cœur de l’installation se trouve une cellule robotisée centrale équipée d’un robot Fanuc. Les composants allant de petites électrodes à de grandes plaques de moulage aux contours des pièces, l’automatisation devait être conçue de manière suffisamment flexible. L’installation peut ainsi traiter simultanément trois systèmes de serrage différents : ITS50, ITS148 et UPC320. Au total, 100 postes ITS et douze postes UPC sont disponibles.


Une automatisation sur mesure plutôt qu’une solution standard

ESCHA souhaitant équiper l’installation de grandes portes coulissantes afin de permettre un chargement et un déchargement rapides, il fallait garantir qu’aucune palette mal positionnée ne puisse entrer dans la machine. La solution repose sur un système optique de codes 2D : « Le robot est équipé à cet effet d’un lecteur de codes-barres spécialisé ainsi que d’un capteur laser permettant de contrôler la présence. Ce système constitue un dispositif de sécurité critique. Avant chaque transfert vers la VERSA 945, le robot scanne la palette dans la station de transfert et vérifie son identité ainsi que son positionnement correct », explique Enrico Akkerman, CCO chez Gibas.

Un autre élément essentiel est la station de lavage intégrée au sein de la cellule d’automatisation, que Gibas a spécialement développée pour répondre aux exigences d’ESCHA. Enrico Akkerman explique : « Les installations de lavage industrielles classiques fonctionnent généralement avec un séchage thermique. Cela pose toutefois un problème pour les composants d’outillage de haute précision, car la chaleur peut entraîner une déformation des pièces. C’est pourquoi notre solution fonctionne à température ambiante et est directement pilotée par le système de contrôle EVOMECS. En fonction du matériau et de la géométrie des composants, le système sélectionne automatiquement le programme de nettoyage adapté. »


EVOMECS, le cerveau numérique de la production

Grâce au système MES et de contrôle EVOMECS, la cellule de production est devenue une plateforme de production entièrement interconnectée. Le système pilote, surveille et relie numériquement la quasi-totalité du département d’outillage. « Chez nous, tout commence dans le système de gestion des commandes », explique Benjamin Unruh. « Le client passe une commande, à partir de laquelle les tâches destinées à la production sont générées automatiquement. Tous les processus – de la conception au CAM, à la gestion des outils et au fraisage, jusqu’à l’électroérosion, au montage et à l’assurance qualité – sont organisés de manière centralisée via EVOMECS. Le système prend en charge l’intégralité du pilotage des commandes. De la programmation CAM à l’assurance qualité, en passant par la gestion des outils et l’affectation des machines, toutes les étapes de travail sont coordonnées de manière centralisée. »

La gestion numérique des outils joue un rôle central dans ce nouveau concept de fabrication. EVOMECS enregistre, gère et surveille automatiquement les outils, y compris leur durée de vie. ESCHA sait ainsi à tout moment quels outils sont disponibles, depuis combien de temps ils sont utilisés et s’ils suffiront pour les commandes à venir. Tout comme les pièces, les outils sont identifiés à l’aide d’un code optique 2D et automatiquement enregistrés dans la bibliothèque d’outils. Ils sont acheminés vers le magasin via une porte à changement rapide.

« Auparavant, pour éviter les bris d’outils, nous privilégiions la sécurité et remplacions les outils de manière préventive. Aujourd’hui, nous prenons nos décisions sur la base des données réelles de la machine. Nous savons à tout moment combien de temps chaque outil a fonctionné et quelle durée de vie résiduelle reste disponible. Cela nous apporte nettement plus de sécurité et de transparence dans l’ensemble du processus de production », explique Benjamin Unruh.


Plus de 70 % de temps de fonctionnement productif supplémentaire

Grâce à sa nouvelle plateforme de fabrication, ESCHA a dépassé ses objectifs initiaux dans de nombreux domaines. Cela est particulièrement visible au niveau des durées de fonctionnement des machines. Alors que la solution précédente n’atteignait en moyenne qu’environ 8,75 heures de fonctionnement productif par jour, la nouvelle installation fonctionne aujourd’hui en moyenne environ 15 heures par jour en mode productif. « Cela correspond à une augmentation de plus de 70 % », se réjouit Benjamin Unruh. « De plus, les durées de fonctionnement sont aujourd’hui bien plus stables et prévisibles. »

Grâce à un refroidissement stable, à une plus grande stabilité des processus et à la surveillance numérique des outils, les casses d’outils et les rebuts ont pu être considérablement réduits. Parallèlement, les outils fonctionnent de manière nettement plus reproductible et subissent moins d’usure. « Nous fraisons aujourd’hui de manière nettement plus régulière. Les outils fonctionnent de façon plus contrôlée. Nous constatons moins d’usure, ce qui se traduit par des processus plus stables et une meilleure qualité d’usinage. »

Le département d’outillage est désormais organisé de manière plus efficace. Parallèlement, le respect des délais s’est considérablement amélioré, passant d’environ 55 % auparavant à près de 88 % aujourd’hui. « Les processus sont aujourd’hui beaucoup plus transparents et plus faciles à planifier », explique Unruh. « Nous pouvons ainsi réagir avec davantage de flexibilité aux changements de dernière minute. Et nous avons également commencé à traiter des commandes de clients externes. »


Implication précoce des collaborateurs

Afin de rendre la transition vers la nouvelle plateforme de production aussi fluide que possible, un concept de formation en quatre étapes a été mis en place. La première étape consistait en une formation sur la VERSA 945. Les collaborateurs ont ensuite été formés à l’automatisation Gibas, avant de suivre une formation intensive au système de contrôle EVOMECS. Enfin, lors d’une quatrième étape, la direction du projet a présenté les workflows et les processus spécifiquement adaptés à ESCHA.

« Nous voulions impliquer pleinement les collaborateurs », souligne Benjamin Unruh. « À mon avis, le niveau élevé d’acceptation des nouveaux systèmes constitue un facteur essentiel de réussite du projet. Car seule l’association d’une technologie moderne et de collaborateurs qualifiés permet d’obtenir la production stable et largement autonome que nous souhaitions atteindre avec ce projet. »


Ensemble vers une plateforme de fabrication interconnectée

Le résultat est une plateforme de production entièrement interconnectée, au sein de laquelle la machine, l’automatisation et le système MES fonctionnent en étroite interaction. La Fehlmann VERSA 945 assure la précision et la stabilité des processus requises, l’automatisation Gibas permet de longues périodes de fonctionnement autonome et EVOMECS relie l’ensemble des processus au sein d’une chaîne numérique pilotée de manière centralisée.

Outre les performances des différents composants, l’étroite collaboration entre toutes les parties prenantes a joué un rôle déterminant dans la réussite du projet. ESCHA, Fehlmann, Gibas et EVOMECS ont travaillé en étroite collaboration dès le début afin d’harmoniser au mieux les exigences techniques, organisationnelles et numériques. Les défis rencontrés pendant la mise en service et la phase d’optimisation qui a suivi ont également été résolus dans un esprit de partenariat.

Les résultats parlent d’eux-mêmes : des temps de fonctionnement des machines plus élevés, une meilleure fiabilité des processus, un respect des délais nettement amélioré et une production aujourd’hui beaucoup plus transparente et flexible qu’auparavant. Grâce à la nouvelle plateforme de production et aux capacités créées avec EVOMECS et Fehlmann, le département d’outillage ne travaille désormais plus uniquement pour la production interne d’ESCHA, mais s’oriente de plus en plus vers la réalisation de commandes pour des clients externes.



Avantages de la solution de production associant la Fehlmann VERSA 945, l’automatisation Gibas et le système de contrôle EVOMECS : 
 

• +70 % de temps de fonctionnement productif de la machine 
• env. 30 % de réduction des temps d'usinage
• 88 % de respect des délais (contre 55 % auparavant)
• nettement moins de bris d'outils
• production largement autonome

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