La décision d'automatiser un processus est une décision majeure pour de nombreux fabricants, petits et grands. Mais ce choix va bien au-delà des capacités techniques et du coût d'investissement initial. Il s'agit plutôt d'un engagement stratégique qui détermine la façon dont vous fabriquez vos produits, la flexibilité de votre chaîne de production et votre compétitivité sur le marché.
Lorsque vous choisissez une voie d'automatisation, vous vous engagez, dans une certaine mesure, dans un ensemble de capacités, de contraintes et d'options futures. La bonne décision peut améliorer la qualité, augmenter le rendement et positionner votre entreprise sur la voie de la croissance.
Un mauvais choix peut vous enfermer dans un système qu'il sera difficile ou coûteux de mettre à niveau lorsque vos besoins évolueront. Par ailleurs, vous risquez de vous rendre compte que vous avez dépensé trop d'argent pour des fonctionnalités que vous n'utiliserez jamais.
En ce qui concerne les systèmes laser, les produits disponibles dans le commerce se répartissent généralement en deux grandes catégories : les systèmes préconfigurés et les systèmes personnalisés. Bien qu'il ne s'agisse en réalité que des deux extrémités du spectre, cette distinction est utile pour définir les principaux critères de décision.
Cet article a pour but de vous aider à prendre la bonne décision pour votre entreprise.
Qu'est-ce qu'un système laser préconfiguré ?
Un système laser préconfiguré est généralement destiné à offrir un prix d'entrée plus bas et est conçu pour effectuer une gamme définie et limitée de tâches. Ces systèmes s'adressent aux fabricants qui souhaitent automatiser les processus laser courants, tels que le soudage, le nettoyage ou la découpe, sans avoir à consacrer du temps et de l'argent à l'ingénierie personnalisée.
Les systèmes préconfigurés sont particulièrement intéressants pour les fabricants de petite et moyenne taille, ou pour les grandes entreprises qui cherchent à augmenter rapidement leur capacité de production pour des processus standard et reproductibles. Leur attrait réside dans leur simplicité. Ils sont conçus pour être fiables, faciles à installer et rapides à déployer.
Les systèmes préconfigurés sont généralement des unités autonomes logées dans une enceinte à sécurité laser de classe 1, avec des portes d'accès, des verrouillages ou des barrières immatérielles pour assurer la sécurité de l'opérateur. Ils sont généralement conçus pour fonctionner comme des cellules ou des postes de travail autonomes plutôt que comme des composants d'une ligne de production entièrement automatisée.
En fonction de l'application visée et de la taille des pièces, un système préconfiguré peut utiliser un portique (cartésien) ou un bras robotisé. Les systèmes à portique sont généralement construits sur une plate-forme de travail en acier ou en granit, offrant une base stable pour des opérations précises. Les systèmes robotiques intègrent le plus souvent un robot industriel à 6 axes.
Il n'est pas rare que les fournisseurs proposent leurs systèmes préconfigurés avec des options. Il peut s'agir de diverses sources laser, d'optiques d'émission de faisceaux, voire de systèmes de vision ou de contrôle des processus.
Diverses interfaces de maintien et de montage des pièces, comme des plateaux ou des supports rotatifs, sont également souvent disponibles, en particulier pour les systèmes de marquage. Des interfaces pour le chargement ou le déchargement semi-automatique, comme des convoyeurs ou des tables tournantes, sont parfois disponibles.
L'une des principales caractéristiques des systèmes laser préconfigurés est leur simplicité et leur facilité d'utilisation. L'interface homme-machine (IHM) fournit généralement un environnement de contrôle propre, piloté par des menus, dont l'accès est limité à des programmes prédéfinis ou à des paramètres de recette. Cela permet au personnel de l'atelier de l'utiliser avec une formation spécialisée minimale. Pour l'ingénieur des procédés, la création de nouvelles tâches est également simplifiée et accessible aux personnes ayant des compétences limitées en matière de programmation.
Qu'est-ce qu'un système laser personnalisé ?
Un système laser personnalisé est conçu dès le départ pour répondre à un ensemble spécifique d'exigences de production qui dépassent les capacités des systèmes préconfigurés. Chaque système personnalisé est, par définition, essentiellement unique.
Cependant, les systèmes laser personnalisés ont tendance à se composer de plusieurs éléments communs, voire standardisés. Il peut s'agir de
- Manutention automatisée
- Fixation des pièces et outillage
- Mouvement et positionnement des pièces
- Source laser et délivrance du faisceau
- Vision, détection et surveillance des processus
- Contrôleur et logiciel associé
- Module de communication (pour l'interface avec le MES, l'API ou d'autres systèmes de contrôle de l'automatisation de l'usine)
- Sécurité et protection
Ces éléments peuvent être combinés de n'importe quelle manière, et des niveaux élevés de complexité et de sophistication sont possibles. Les systèmes de mouvement peuvent comprendre plusieurs bras de robot, des portiques, des étages linéaires ou des tables rotatives. Parfois, ces éléments fonctionnent indépendamment les uns des autres pour traiter les pièces en parallèle. Parfois, ils se coordonnent pour atteindre la portée, la précision et la vitesse nécessaires.
En termes d'expérience utilisateur (UX), les systèmes personnalisés sont généralement dotés d'IHM sur mesure qui offrent des capacités de contrôle et de surveillance plus approfondies. Les opérateurs et les ingénieurs de procédés peuvent avoir accès à des outils de diagnostic avancés, à des paramètres de procédés personnalisables et à des interfaces qui prennent en charge la gestion des recettes ou la production de mélanges élevés. En général, un certain degré d'expertise en programmation et en automatisation est nécessaire pour faire fonctionner ces outils.
Bien que les systèmes laser personnalisés puissent être des cellules de travail autonomes, ils sont souvent conçus pour être intégrés dans des systèmes d'automatisation et des lignes de production à l'échelle de l'établissement. Ils peuvent fournir une connectivité aux réseaux PLC, aux plateformes MES et aux systèmes SCADA en utilisant des protocoles industriels standard tels que EtherNet/IP, Profinet ou OPC UA.
Choisir entre un système laser préconfiguré et un système laser personnalisé
Pour choisir la bonne approche de l'automatisation des lasers, il faut prendre en compte et équilibrer de nombreux facteurs. Certains sont évidents, comme les coûts d'investissement et d'exploitation et l'espace disponible. D'autres sont moins évidents, comme la qualité de l'assistance du fournisseur et les possibilités de mise à niveau.
Avec autant de variables, la prise de décision peut s'avérer écrasante. Pour rationaliser ce processus, il est utile d'identifier et de se concentrer sur les questions fondamentales qui sont les plus susceptibles de déterminer le succès ou l'échec. En ce qui concerne la fonctionnalité du système, nous avons constaté que les sept facteurs suivants sont généralement les plus importants.
Application Fit
C'est la base et le point de départ du processus de décision. Il faut d'abord définir votre processus, puis déterminer si un laser peut fournir les meilleurs résultats.
Pour procéder à cette évaluation, vous devez comprendre ce que le laser apporte - qu'il s'agisse de vitesse, de précision, de réduction de l'apport de chaleur ou de diminution des coûts d'exploitation - et décider de la manière dont le succès sera mesuré. S'il n'y a pas de définition claire de la tâche à accomplir et de ce qui constitue le succès, il y a peu de chances d'y parvenir.
C'est là que les services de développement d'applications proposés par les partenaires d'automatisation laser peuvent être utiles. Idéalement, ils devraient disposer de l'équipement et de l'expérience nécessaires pour identifier, tester et optimiser votre processus laser.
Taille de la pièce
Cette considération peut sembler banale, mais elle joue un rôle essentiel. Les systèmes laser sont limités par leur enveloppe de travail.
Les systèmes préconfigurés sont conçus en fonction des dimensions de pièces typiques pour des industries spécifiques - des composants petits et précis pour les appareils médicaux, ou des assemblages de taille moyenne pour une utilisation industrielle générale, par exemple. Lorsque les pièces sortent de ces normes - qu'elles soient plus grandes ou de forme inhabituelle - il est souvent nécessaire de recourir à un système personnalisé ou fortement modifié.
Exigences en matière de débit
Les capacités de production sont un domaine dans lequel les solutions préconfigurées et personnalisées se distinguent généralement. La productivité étant l'un des principaux objectifs de l'automatisation, il s'agit souvent d'un facteur décisif.
Les systèmes préconfigurés sont généralement conçus comme des cellules ou des postes de travail uniques. Par conséquent, ils sont généralement mieux adaptés aux besoins de débit faible à moyen. Le chargement et le déchargement des pièces, surtout s'ils sont effectués manuellement, sont souvent le facteur limitant la cadence d'un système préconfiguré.
Par exemple, des technologies telles que le soudage à la volée permettent d'atteindre des vitesses de soudage de plus de 1 000 soudures par minute. Cela peut augmenter le débit d'un poste de travail autonome comme l'EV-Cube, mais le transport et l'intégration dans une ligne de production peuvent encore améliorer le débit.
En revanche, la vitesse qu'un système laser personnalisé peut atteindre n'est souvent limitée que par le coût de l'investissement, les restrictions d'espace ou les goulets d'étranglement non liés au laser. Les systèmes personnalisés peuvent intégrer plusieurs sources laser ou optiques, plusieurs types de mouvements du système ou des processus non laser fonctionnant en parallèle pour atteindre un débit très élevé.
En fonction de vos besoins, il peut s'avérer plus rentable d'installer plusieurs systèmes standard plutôt que d'investir dans une ligne plus importante, construite sur mesure.
Certains systèmes préconfigurés offrent des options de chargement automatisé des pièces ou la possibilité de s'intégrer à des bandes transporteuses. Cela permet d'augmenter le rendement en minimisant les temps d'arrêt du système pendant le chargement ou le déchargement des pièces.
Outillage
Pour aller plus loin dans le chargement des pièces, il convient également d'examiner la manière dont la pièce est fixée et présentée au laser. Les systèmes standard disposent généralement d'une gamme limitée d'options de maintien des pièces. Il peut s'agir de pinces fixes, de goupilles de positionnement, de mandrins manuels ou pneumatiques (pour les pièces rondes) et de blocs en V. Cela peut limiter la capacité du système à exécuter des opérations de soudage ou de soudage. Cela peut limiter la capacité du système à exécuter des trajectoires de soudure complexes ou à travailler avec des pièces en 3D qui nécessitent un traitement sous plusieurs angles.
Si les pièces nécessitent un positionnement complexe, une fixation dynamique ou une interaction avec des systèmes externes, l'outillage doit être conçu en conséquence. Bien sûr, cela peut être obtenu avec un système robotique personnalisé. Mais c'est aussi là que les capacités d'un outil préconfiguré peuvent être étendues, à condition que le fabricant ait les capacités et la volonté de le faire.
Tolérances et qualité
Si l'outillage joue un rôle important dans la détermination de la précision et de la répétabilité du processus, il peut être complété par divers capteurs, et en particulier par des systèmes de vision. Ceux-ci peuvent aider le système à mieux s'adapter aux variations d'une pièce à l'autre ou à compenser les limites de la cohérence positionnelle de l'outillage.
Certains systèmes préconfigurés peuvent inclure des systèmes de vision et de surveillance des processus en tant qu'options standard. Par exemple, les configurations de soudage de la plate-forme IPG LaserCell sont disponibles avec les systèmes de mesure des soudures au laser en temps réel de LDD pour la surveillance des soudures en ligne.
Cependant, il est possible que la combinaison de la complexité des pièces et des exigences de tolérance crée des besoins qui dépassent ce qu'un système préconfiguré peut prendre en charge. La solution s'oriente alors vers une conception personnalisée ou semi-personnalisée.
Puissance du laser
Les systèmes laser standard sont conçus pour s'adapter à certaines gammes de puissance laser. Cela est généralement dicté par l'optique de l'outil, les systèmes de sécurité, les besoins de refroidissement et peut-être même les exigences en matière de puissance.
Toutefois, des exigences accrues en matière de vitesse de traitement ou des matériaux plus épais peuvent nécessiter un laser plus puissant.
Certaines de ces limitations ne sont pas faciles à mettre à jour ou à étendre. Par conséquent, si une application exige absolument une puissance laser supérieure à celle qu'un système standard peut fournir, la décision de construire une solution laser personnalisée peut s'imposer.
Interaction avec l'opérateur
Outre la fonctionnalité du système, la facilité de programmation et d'utilisation est un autre élément important à prendre en considération. C'est un autre domaine où les systèmes préconfigurés et les systèmes personnalisés tendent à diverger de manière significative.
Les systèmes préconfigurés sont conçus pour une interaction prévisible et directe, et prennent généralement en charge une sélection limitée d'opérations. La programmation de nouvelles tâches est souvent simplifiée et parfois même réduite à une simple fonctionnalité de glisser-déposer, comme dans le cas d'un système cobot de soudage au laser.
Tout cela permet d'alléger les exigences en matière de formation pour les opérateurs et les ingénieurs des procédés. Cela signifie également que les systèmes peuvent généralement être opérationnels en production presque immédiatement après leur installation.
Les systèmes laser robotisés personnalisés peuvent comporter une interface utilisateur simplifiée pour les opérateurs. Mais sous cette interface se cache généralement un environnement logiciel beaucoup plus sophistiqué.
L'avantage de cette sophistication est qu'ils ont des capacités pratiquement illimitées. Cela inclut souvent la possibilité d'intégrer d'autres systèmes d'automatisation industrielle.
Mais cela signifie aussi qu'ils sont généralement plus complexes et plus difficiles à programmer, et que leur prise en charge nécessite une plus grande expertise. Il n'est pas rare que la mise en ligne d'un nouveau système ou d'un nouveau processus prenne plus de temps, en particulier lorsqu'il implique une interaction importante avec des systèmes externes.
Autres considérations
Comme indiqué précédemment, l'achat d'un système laser n'est pas vraiment un choix binaire. Chez certains fournisseurs, il est possible de commencer avec un système préconfiguré et de le modifier à l'aide d'options jusqu'à ce qu'il devienne essentiellement un système personnalisé. Chez d'autres, les systèmes préconfigurés sont rigides et optimisés pour une gamme étroite de tâches.
Les systèmes laser robotisés préconfigurés coûtent généralement moins cher que les outils entièrement personnalisés et peuvent être livrés plus rapidement par le fabricant. En outre, l'installation d'un système préconfiguré impliquera probablement une courbe d'apprentissage moins importante, car le fabricant a déjà une grande expérience de son utilisation dans divers contextes de production.
La modification d'un système standard en vue d'étendre ses fonctionnalités entraîne généralement une augmentation des coûts moins importante que l'obtention de ces mêmes fonctionnalités par le biais d'un système entièrement personnalisé. Mais ce n'est pas toujours le cas. Les systèmes préconfigurés présentent des limites qui peuvent rendre les modifications importantes plus coûteuses que si l'on partait de zéro.
Il existe également des problèmes logistiques et financiers. La modification d'un système préconfiguré déjà utilisé en production met l'outil hors service. Ce temps d'arrêt a un impact. Mais le coût de cette modification peut être imputé aux dépenses d'exploitation, alors que l'achat d'un nouveau système constitue invariablement une dépense d'investissement.
Enfin, n'oubliez pas qu'un fournisseur donné peut n'offrir qu'une gamme de produits limitée. Cela peut l'inciter à vous orienter vers une solution issue de ses produits ou capacités existants. Malheureusement, il se peut que ce produit ne corresponde pas de manière optimale à votre application.
Démarrer avec l'automatisation laser
Grâce à son intégration verticale unique, IPG propose tout, des composants et technologies laser aux systèmes préconfigurés, en passant par les plates-formes modulaires et les lignes de production personnalisées. En tant que partenaire pour tout ce qui concerne l'automatisation laser, nous ne vous poussons pas vers un produit ou une approche particulière.
Pour commencer, rien de plus simple : envoyez-nous des échantillons de pièces, visitez l'un de nos laboratoires d'application dans le monde entier ou parlez-nous simplement de votre application.
