Dans des activités fatigantes, peu ergonomiques et répétitives, la robotique peut alléger la charge des employés. Cependant, dans l'assemblage, de nombreux facteurs doivent être pris en compte avant que des solutions d'automatisation puissent être mises en œuvre de manière économiquement viable – et créer au total des allégements pour le personnel « à la chaîne ». C'est exactement ce que teste une équipe de projet du Fraunhofer IWU et de Volkswagen Sachsen GmbH actuellement au Fraunhofer IWU : un système d'assemblage hybride-autonome (HAutoMont), qui permet un assemblage économique et partiellement autonome des revêtements de sous-châssis de voitures particulières. L'équipe élabore des recommandations pour le développement ultérieur des processus d'assemblage et des composants en tenant compte de l'automatisation.
Les revêtements de sous-châssis (UBV) sont souvent montés en position au-dessus de la tête ou dans des postures corporelles fatigantes sous le véhicule, ce qui entraîne une charge pour les épaules, le cou et le dos. De grands composants flexibles avec des formes complexes ne peuvent également être positionnés qu'avec un certain effort. Pour la fixation, on utilise généralement des clips ou des vis, qui ne sont pas facilement accessibles, mais doivent être pris et transportés séparément. Les composants particulièrement grands nécessitent en outre une seconde personne pour le vissage, et l'espace de mouvement n'est pas toujours généreusement dimensionné. Tout cela plaide donc pour une automatisation de ces tâches ? Ce n'est malheureusement pas si simple…
UBV : un défi particulier pour l'automatisation
…car l'homme possède d'autres forces qui manquent à la technologie. Il n'est pas dépendant de capteurs ou même d'un arrêt de chaîne pour positionner le composant avec précision. Il est également flexible dans le temps et n'a pas besoin d'une fenêtre de temps précisément attribuée pour une tâche (partielle) dans un cycle. Il peut saisir et transporter sans problème des pièces souples (techniquement : flexibles). Si les pièces diffèrent, cela ne pose pas de défis notables à l'homme lors de la saisie, de la fixation ou du vissage. La combinaison de positionnement, de fixation et de vissage prend souvent beaucoup de temps dans les solutions d'automatisation. Si un clip ne s'enclenche pas du premier coup, cela signifie souvent du travail supplémentaire – pour lequel il y a peu de marge de manœuvre dans le temps de cycle limité. Un autre défi réside dans les composants volumineux, encombrants et parfois difficiles à empiler, qui limitent également les options de surface pour la manipulation mécanique. Les modifications apportées au produit (mesures d'entretien de modèle) augmentent également souvent la diversité des variantes, plus précisément : le nombre de pièces à prendre en compte tout au long du cycle de vie du produit dans un cycle d'assemblage. Des outils spéciaux pour de telles pièces devraient être fabriqués en grande quantité et éventuellement retravaillés ou remplacés après une période relativement courte.
Démarrage judicieux : un modèle, un composant, une solution d'assemblage flexible
L'équipe de projet a rapidement choisi un composant du Volkswagen ID.3 – parmi les 13 pièces de revêtement de sous-châssis, elle a créé un composant de protection qui améliore l'aérodynamisme du véhicule, « le coureur ». De tels composants sont également parfois développés au fil du temps du modèle ; il est donc judicieux de prendre en compte le défi d'une variance séquentielle.
Dans l'étude expérimentale, des robots de manipulation et de vissage sont désormais utilisés comme solution d'automatisation flexible. Des ventouses saisissent le composant à trois points pour minimiser les déformations de ce produit en polypropylène de 110 cm de long, 88 cm de large et seulement 2 mm d'épaisseur, avec une rigidité propre correspondante faible. Un robot de vissage reconnaît pour chaque vis par quel trou dans le composant elle doit être guidée. Il insère les vis et les serre. Ce sous-processus automatisé pourrait être intégré dans une section de production avec d'autres tâches manuelles – en tant que solution hybride-autonome.
Les expériences lors de l'installation de ce composant sont utilisées pour rendre les générations de composants et les processus de fabrication futurs encore plus adaptés à l'automatisation.
Recommandations pour une adaptation des composants et des processus de fabrication adaptés à l'automatisation
- Une prise en compte précoce des exigences d'automatisation dans le développement de produits facilite la conception des composants et des processus de production adaptés à la fabrication.
- Les composants pouvant être montés mécaniquement doivent pouvoir être saisis facilement à des points définis, manipulés avec peu de déformation et être facilement positionnés. Ils doivent être conçus de manière à permettre, par exemple, un enclenchement ou
- Un positionnement et un alignement facilités. Ils doivent permettre une manipulation aussi peu déformante que possible. Les ajustements de ces composants pendant la durée du modèle ne devraient pas compromettre le degré d'automatisation atteint. Les pièces géométriquement simples sont plus faciles à assembler – pour l'homme et la machine.
- De faibles tolérances concernant la position d'autres composants de sous-châssis, comme le pare-chocs avant, facilitent les processus d'assemblage automatisés.
- La combinaison de deux composants très flexibles complique les connexions par vissage.
- Moins il y a de variance dans la technique de connexion et moins il y a de diversité de pièces en vis et clips, moins il est nécessaire d'avoir d'outils spéciaux. Les changements d'outils ne sont pas réalisables dans de courtes périodes de cycle.
- L'espace reste une ressource précieuse dans l'assemblage final ; les solutions d'automatisation occupent plus de surface que les employés – lorsque des personnes travaillent dans des espaces de travail adjacents ou se chevauchent avec des robots, le besoin en surface augmente également en raison des mesures de sécurité.
- La sensibilité humaine (« ressenti ») lors de l'ajustement des pièces est souvent difficile à remplacer. L'automatisation devrait donc être mise en œuvre dans l'assemblage de composants où les effets les plus importants peuvent être réalisés en termes de rentabilité et d'ergonomie.
Les partenaires du projet HAutoMont sont Volkswagen Sachsen GmbH, Müller et Pfeiffer GmbH, Stella Systemhaus GmbH et Fraunhofer IWU.
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