Le nouveau siège social d'Afag offre à 120 collaborateurs de la recherche, de la conception et du développement à la fabrication et au montage d'excellentes conditions structurelles pour développer et produire des composants d'automatisation Swissmade. Afag dispose de compétences haut de gamme dans les domaines de l'alimentation, de la manipulation, du transport et de l'ingénierie. Le site de Zell réalise l'alimentation, ainsi que la production et le montage des composants d'automatisation.

Projet phare 1 : Siège social d'Afag

Le 11 octobre 2021, le nouveau siège social d'Afag à Zell a été officiellement inauguré. Alexander Schaeff, propriétaire d'Afag, a décrit le nouveau bâtiment comme un projet phare. Il a déclaré que le nouveau bâtiment était idéalement adapté aux besoins de l'opération de production et d'assemblage.   

Projet phare 2 : un îlot de production moderne

Le deuxième projet phare est l'îlot de production nouvellement intégré, qui a été développé par Goodj et Fehlmann pour fabriquer à l'avenir 250 corps de base différents pour la technique de manutention Afag, sans personnel et de manière autonome. Les tailles de lots typiques sont de 6 à 48 pièces. L'îlot de fabrication n'est pas seulement destiné à la production interne de composants, mais aussi à permettre une chaîne d'approvisionnement en flux tendu, ce qui permet de réduire les niveaux de stock.

Les composants intégraux de l'îlot de production sont :

- Fehlmann VERSA 825 avec magasin à rack 346 places
- Goodj : commande, systèmes d'automatisation et de serrage
- Stockage des pièces brutes et finies sur des étagères en hauteur
- Robot à bras articulé Yaskawa pour la manipulation des pièces
- Système de compression et d'élimination des copeaux
- Gestion et préréglage des outils MDM
- Contrôle de qualité, technique de mesure
 

Le système de contrôle Goodj-SPS donne le rythme

L'ensemble de l'îlot de production est contrôlé par un système de commande programmable de Goodj.

Hansruedi Good (PDG, Goodj Automation AG) : "Nous avons développé en interne le système de commande, qui repose sur un concept logiciel orienté objet, et nos clients en profitent considérablement. Par exemple, nous n'utilisons pas l'automate du robot - le robot est contrôlé directement par notre logiciel/contrôleur. La valeur ajoutée pour le client : il n'a pas à s'occuper de la commande du robot. Notre système de contrôle prend en charge tous les protocoles industriels courants, ce qui permet d'intégrer n'importe quel composant. Cette ouverture des systèmes contrôlés est un facteur décisif. Qu'il s'agisse d'un rack haut, d'un robot, d'une machine-outil VERSA 825 ou d'une presse à copeaux, ce sont pour nous autant d'appareils périphériques. Nous devons programmer des interfaces pour ces appareils périphériques. Les interfaces programmées sont au cœur de la gestion des cellules et constituent la base d'un îlot de fabrication qui fonctionne bien."

Précision et complexité des composants

Dans le cadre de l'évaluation, un cahier des charges complexe a été établi sur la base de l'énorme éventail de composants. Le seul point commun de tous les composants est le matériau : l'aluminium.

- L'installation doit pouvoir produire 250 composants cubiques de manière entièrement automatisée.
- Usinage complet sur 6 côtés, y compris l'ébavurage mécanique
- Préparation entièrement automatique des pièces brutes ainsi qu'un serrage et un changement deserrage
   entièrement automatique des composants au sein de l'îlot de production
- Jusqu'à 72 heures de fabrication chaotique et sans personnel
- Plus de 7000h de fonctionnement par an (1 an = 8760h)

Pour compliquer les choses, les tolérances de forme et de position des alésages de guidage spécifiques sont IT6, ce qui signifie qu'elles ont des tolérances très serrées. Les tolérances IT6 sont nécessaires pour que les tiges de guidage parallèles munies de paliers lisses puissent être déplacées axialement avec une facilité absolue et une sécurité de processus. Dès le départ, il était clair que les alésages de guidage devaient être fabriqués selon la méthode d'inversion. Dans ce cas, il fallait une machine de haute précision capable d'assurer cette classe de tolérance dans la production selon la méthode d'inversion - avec une grande sécurité de processus pour la fabrication en série. La précision requise était un critère d'exclusion pour certains fabricants de machines-outils et l'une des principales raisons pour lesquelles la VERSA 825 de Fehlmann a finalement été choisie.

En raison de la complexité de l'îlot de production, les spécialistes de l'Afag ont exigé un interlocuteur responsable en tant qu'entrepreneur général pour l'ensemble du système, aussi bien pendant la phase de planification que pour le service et l'entretien ultérieurs.

Une mise à jour actuelle - 50 composants différents fonctionnent actuellement sur l'îlot de production. Les développeurs CAD/CAM ont déjà programmé 80 composants. L'objectif est de faire fonctionner 250 composants sur le système. Actuellement, 18 ébauches différentes sont fournies pour les 50 composants.

Voici comment s'est déroulée la production jusqu'à présent

Certains des composants ont déjà été fabriqués en interne sur un centre d'usinage horizontal à 4 axes. Rolf Zaugg (Team Leader Manufacturing, Afag) : "La machine disposait d'une station de palettes avec des tours de serrage, où les composants devaient être serrés à la main et resserrés manuellement pour l'usinage de la face arrière. Ensuite, les composants étaient ébavurés manuellement. Par rapport à l'îlot de production actuel, ce type de production n'est plus d'actualité ; il est moins fiable au niveau des processus, peu flexible, exigeant en main-d'œuvre et finalement coûteux en raison des interventions manuelles."

La phase d'évaluation

Andreas Gartenmann (directeur d'usine, Afag) : "Au début de la phase d'évaluation, nous avons approché plusieurs fabricants de machines-outils et leur avons décrit les défis à relever. Il s'agissait notamment de Fehlmann AG, avec qui nous avons eu un échange technique étroit - avec Jürg Solenthaler (Vente Suisse, Fehlmann AG)."

R. Zaugg : " Soon Goodj Automations AG nous a également été recommandée en tant qu'entreprise générale. Avec le recul, nous pouvons dire que cela a fait mouche, car Goodj s'est avéré être la solution parfaite. Néanmoins, nous avons commencé la phase d'évaluation en parallèle avec d'autres fabricants de machines-outils, pour Fehlmann comme pour Goodj."

A. Gartenmann : "Notre plus grande préoccupation dans ce projet était le problème de l'interface, en raison des différents systèmes qui devaient être mis en réseau, avec des commandes et des systèmes logiciels intégrés. Lors des premières discussions avec Goodj, il est rapidement apparu qu'ils avaient déjà mis en place des systèmes similaires, et Hansruedi Good nous a montré ce à quoi nous devions faire attention en matière de problèmes d'interface."

Andreas Gartenmann (directeur d'usine, Afag) : "Au début de la phase d'évaluation, Goodj nous a mis en contact avec des responsables de la production, avec lesquels nous avons discuté de leurs solutions et vu leurs machines sur place. Ce processus a été très important et instructif pour nous. Sur la base de cette expérience, nous avons élaboré un plan préliminaire et, en étroite collaboration avec Goodj, nous avons développé le catalogue des exigences. Il en est résulté une matrice de fabrication complexe qui a constitué la base de l'îlot de fabrication. Parallèlement, nous avons sollicité des devis auprès de fabricants de machines-outils."

Il est rapidement apparu que Goodj était le partenaire système idéal pour répondre aux exigences. Goodj a recommandé une solution flexible de serrage des pièces, comprenant une station de resserrage pour l'usinage de la face arrière. Le stockage et la mise à disposition des pièces (brutes et finies) ont été mis en œuvre à l'aide d'un système de rayonnages en hauteur. La manutention au sein de l'îlot de production est assurée par un robot à bras articulé. Les dispositifs de serrage des palettes proviennent de Goodj. La gestion des copeaux a été réalisée à l'aide d'un système de pressage des copeaux. Lors du choix de la machine-outil, les avantages de la VERSA 825 de Fehlmann se sont imposés assez rapidement.

Fehlmann VERSA 825 - la machine-outil parfaite

Hansruedi Good, Goodj Automation AG : "Les machines-outils font partie des systèmes les plus complexes de l'îlot de production. Il est donc très important de faire le bon choix. En tant qu'entrepreneur général, nous travaillons généralement avec différents fabricants. L'ouverture de leurs systèmes pour notre commande centrale est cruciale. Et c'est justement là que Fehlmann montre sa force, en s'intégrant dans un tel système au niveau de la technique de commande. C'est tout sauf évident".

Mais la compatibilité des techniques de commande n'est qu'un des aspects pour lesquels les spécialistes d'Afag ont opté pour la Fehlmann VERSA.

Fehlmann : Premiers essais de fabrication

A. Gartenmann : "En raison des exigences de précision élevées, nous avons effectué les premiers essais de fabrication avec Fehlmann au début de la phase d'évaluation. J. Solenthaler tenait à ce que nous fabriquions les composants dans des conditions réelles, car les tolérances de forme et de position IT6 sur "enveloppe" sont tout sauf évidentes dans la série. Nous avons tout de suite remarqué que les spécialistes de la fabrication de Fehlmann avaient bien évalué la situation et ne voulaient rien laisser au hasard".

R. Zaugg : "Fehlmann a finalement pu nous confirmer, dans le cadre des essais de fabrication, qu'ils pouvaient répondre à la précision requise sur leur machine de série dans les conditions données. Un autre avantage de la Fehlmann VERSA 825 était l'adaptation des dispositifs de serrage Goodj directement dans la machine. Aucune plaque d'adaptation n'est nécessaire. Cela ne va pas de soi. A cela s'est ajoutée la conception ingénieuse de la machine pour alimenter les pièces par le côté".

L'ébavurage des pièces était également un sujet important. Niklaus Joss (programmeur CNC, Afag) : "C'est finalement une raison essentielle pour laquelle un centre d'usinage simultané à 5 axes est nécessaire, car sans 5ème axe, l'ébavurage mécanique n'est pas réalisable".

Stabilité thermique et compensation

Un autre facteur essentiel pour fabriquer sans personnel dans les zones de tolérance IT6 est une grande stabilité thermique de la machine, comme le souligne J. Solenthaler : "En général, la VERSA dispose d'une compensation thermique. Pour être sûr, nous mesurons effectivement les axes à intervalles réguliers par rapport au point zéro de la pièce et nous les étalonnons. Il s'agit d'un processus automatisé. Dans notre segment de clientèle habituel, c'est une procédure standard". 

Intégration du système Fehlmann VERSA 825

H-R. Good a favorisé la Fehlmann VERSA 825 : "La machine-outil doit être parfaitement adaptée à la gamme de pièces. De plus, outre les exigences de précision, la machine-outil joue un rôle essentiel dans ce cas d'application. Pour que nous puissions mettre en œuvre l'automatisation, les interfaces entre les différents systèmes intégrés sont extrêmement importantes. En tant qu'entreprise générale, nous faisons toujours une analyse des risques. Les processus en amont et en aval en font partie. Les programmes CN doivent arriver sur la machine, et ce sont les bons programmes CN pour les bonnes pièces. Il existe des fabricants de machines-outils, Fehlmann en fait partie, qui se prêtent parfaitement à l'intégration dans une commande supérieure. C'est l'alpha et l'oméga dans le domaine de l'automatisation, pour ainsi dire la condition de base. Par exemple, lorsque nous chargeons la machine, nous pouvons nous adresser directement aux axes X/Y/Z/ A/C de la machine. Cette ouverture que Fehlmann nous offre, et donc à l'utilisateur final, est décisive pour la conception dynamique des processus de chargement. Tous les fabricants de machines-outils ne peuvent pas offrir la même chose, au détriment des clients finaux".
 

Gestion des outils et stockage des outils

Un autre aspect décisif pour que l'îlot de production puisse fonctionner de manière autonome avec une telle diversité de pièces est un magasin d'outils suffisamment grand et un système de gestion des outils. Afag assemble les outils avec un système d'outillage, ici la longueur de précharge, les tolérances, etc. sont mesurées avec un appareil de mesure Zoller. Les données enregistrées dans le système de gestion d'outils sont automatiquement lues dans Fehlmann VERSA via un code QR sur l'outil. Les durées de vie des outils, si elles sont connues, sont également enregistrées. Un système de mesure laser intégré se charge du contrôle de bris d'outils dans la VERSA 825.

HR. Good : "La VERSA 825 n'a pas seulement un magasin d'outils suffisamment grand, elle dispose aussi d'une excellente solution pour identifier clairement les outils utilisés. La reconnaissance du code QR dans la machine est, à notre avis, une solution exemplaire". 

Une gestion efficace des pièces brutes et finies

Avant et après l'usinage proprement dit, les pièces brutes et finies doivent être gérées, comme le dit Niklaus Joss (programmeur CNC, Afag) : "Quand on parle de 250 pièces fabriquées à intervalles irréguliers, nous devons avoir une gestion efficace des pièces brutes. Actuellement, nous misons sur 18 pièces brutes pour 50 composants fabriqués. 80 composants sont programmés, pour lesquels nous avons alors probablement besoin de 25 pièces brutes. Ce rapport peut toujours changer au cours de la production, par exemple si le coût des matériaux augmente, etc.

Afag dispose actuellement de 24 systèmes de serrage de pièces Goodj. Ce nombre élevé est nécessaire pour pouvoir serrer les différentes pièces brutes et finies. Pour réduire le nombre de dispositifs de serrage, Afag pourrait changer manuellement les mâchoires sur les dispositifs de serrage. Mais un tel changement nécessite de la main d'œuvre. De plus, chaque intervention manuelle apporte toujours une certaine incertitude dans le système et peut entraîner une interruption de la production.

Logistique et manipulation des pièces

Les pièces brutes et finies sont stockées et préparées dans un système de rayonnage vertical. Contrairement à la fabrication de palettes, les pièces brutes peuvent être facilement placées à la main dans les tiroirs du système de rayonnage en hauteur en dehors de l'îlot de fabrication, sans interruption de la production. Aucun serrage des pièces par les employés n'est nécessaire. L'insertion et le serrage des pièces sont effectués à l'intérieur de l'îlot de production par un robot à bras articulé Yaskawa et les éléments de serrage automatiques Goodj. "Note marginale" : le robot Yaskawa est entièrement intégré dans le système de commande Goodj, ce qui signifie que les spécialistes de la fabrication n'ont pas besoin de s'occuper du système de commande du robot.

Le processus de fabrication

Si une nouvelle pièce doit être fabriquée, le système de rayonnage en hauteur met à disposition la pièce brute correspondante. Le robot - qui s'équipe en parallèle de la pince appropriée - saisit alors la pièce brute et la place dans le système de serrage Goodj, qui se trouve dans la Fehlmann VERSA 825. Toutes les palettes d'automatisation disposent d'un dispositif de serrage automatique, ce qui signifie que la manipulation des pièces est 100% automatisée.

En fonction de la pièce, le robot doit insérer le dispositif de serrage approprié dans la machine-outil. Le système de commande Goodj surveille également ce processus. 

Stratégie alternative en cas de bris d'outil

En cas de bris d'outil, il faut mettre en place une stratégie alternative, comme l'explique H.-R. Good : "Si un bris d'outil se produit pendant l'équipe de nuit, nous pouvons mettre en place une stratégie d'évitement. La première chose que fait la machine est d'accéder à un outil frère, s'il n'y a pas d'outil frère, une stratégie d'évitement est mise en place. Une stratégie d'évitement doit être définie et programmée. Il y a plusieurs possibilités. Le plus simple est que la commande privilégie une commande qui peut être fabriquée sans cet outil". 

En ce qui concerne les pièces finies et l'assurance qualité : ici, les spécialistes d'Afag misent sur des échantillons en mesurant la première et la dernière pièce d'une série produite. Si les séries sont plus importantes, il est judicieux d'intégrer des mesures intermédiaires.

Digression : optimisation du processus d'alésage 

Au début, le perçage fin des trous d'ajustage posait des problèmes de formation de copeaux (copeaux de flux). En général, le pré-perçage se fait avec un foret hélicoïdal, suivi d'un perçage fin et d'un roulage final. Les copeaux de flux ont été produits pendant le processus d'alésage fin.

J. Solenthaler : "C'est le grand avantage du fraisage, le brise-copeaux est garanti à 100%. Pour le perçage et le forage fin, c'est différent, le contrôle des copeaux est essentiel pour garantir des processus automatisés. Bien sûr, cela dépend toujours du matériau. Mais l'aluminium extrudé est souvent ductile et donc exigeant en ce qui concerne la rupture des copeaux".

Niklaus Joss : "Nous avons adapté le processus d'alésage fin au niveau de la technique de commande de manière à générer une modification continue des données de coupe dans la CNC afin de provoquer une rupture des copeaux. Avec cette méthode, nous sommes à nouveau du côté de la sécurité. Mais ce sont des aspects dont on ne se rend souvent compte que lorsque les pièces tournent sur la machine. Nous devons alors réagir en conséquence".

Gestion des copeaux : presse à copeaux idéale pour une installation autonome

En parlant de copeaux, chaque processus d'usinage produit des copeaux. Dans le domaine de la production autonome, c'est un domaine très critique. L'élimination des copeaux doit avant tout être sûre pour le processus. Dans l'usinage de l'aluminium en particulier, le volume de copeaux est souvent important.

H.-R. Good : "C'est pourquoi nous recommandons toujours pour de telles installations une presse à copeaux qui comprime les copeaux en briquettes "commercialisables". L'énorme réduction de volume correspond à une autonomie de cellule de 1 : 1, car le bac à copeaux doit être changé 4x-8x moins souvent, ce qui permet des week-ends sans personnel. Un autre effet secondaire positif est la réduction considérable de la perte de liquide de refroidissement. Un bel exemple de la manière dont la protection de l'environnement génère des avantages financiers (particulièrement indispensable avec 100% d'huile comme liquide de refroidissement)".

Que nous réserve l'avenir ?

Rolf Zaugg (chef d'équipe de fabrication, Afag) : "Nous avons programmé 80 composants, il nous reste encore 170 composants à programmer. Si à l'avenir, par exemple, des goulots d'étranglement de production apparaissent du côté des machines, l'îlot de production a été conçu de manière à ce que nous puissions l'agrandir avec une deuxième Fehlmann-VERSA. La Fehlmann VERSA est idéale pour les solutions à double automatisation, car elle peut être chargée automatiquement d'un côté tout en permettant à l'opérateur d'accéder directement et sans encombre à la zone d'usinage proprement dite".

HR. Good : "Si l'on considère la complexité de cette installation, cela montre qu'Afag dispose d'ingénieurs de production extrêmement compétents qui ont analysé en détail ce processus de fabrication complexe en amont et ont établi un excellent cahier des charges. Bien sûr, il y a toujours eu des modifications et des ajustements dans le cadre du projet. Je dois vraiment faire ici l'éloge explicite de la gestion très professionnelle de la complexité". 

A. Gartenmann : "Au final, ce qui est impressionnant, ce n'est pas seulement le processus global, la fabrication chaotique. Il est remarquable de voir comment nous pouvons charger l'entrepôt vertical de l'extérieur avec des pièces brutes et retirer facilement les pièces finies. La Fehlmann VERSA 825 a une tâche exigeante de fabriquer nos pièces avec des qualités de surface très élevées et des tolérances IT6 24 heures sur 24. Là encore, c'est loin d'être évident et cela fonctionne parfaitement. Nous avons lancé le projet en été 2018 avec les premiers essais en collaboration avec Fehlmann, et aujourd'hui, tout fonctionne déjà très bien. Après avoir réussi à "traiter quelques maladies infantiles", nous attendons avec impatience le développement futur de notre projet de fabrication et sommes impatients de découvrir les autres expériences que nous ferons avec l'îlot de fabrication Goodj-Fehlmann".

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