Détermination des indicateurs TRS sur une ligne d’assemblage d’une fonderie

La détermination des indicateurs TRS (taux de rendement synthétique) s’avère toujours extrêmement difficile lorsque, dans les déroulements de processus, une saisie et une comparaison de paramètres n’est pas possible par la technique de commande. Ceci est souvent vrai pour les lignes d’assemblage comportant une part prépondérante de processus manuels ou semi-automatisés. Dans ce cas, il est souvent impossible d’intégrer des systèmes de mesure supplémentaires, tels que des capteurs de débit d’air comprimé ou des compteurs de courant, dont les valeurs mesurées pourraient être attribuées via un système de commande, conjointement avec les autres paramètres des différents produits.

Dans le cadre d’un projet ReVista, Michael Kreide, directeur de département chez WESO, a choisi de s’attaquer, dans une ligne d’assemblage pour chaudières, de façon ciblée à la tâche la plus difficile, afin de réaliser la surveillance existante du système de gestion d’énergie au moyen de l’identification des composants, de façon homogène jusqu’au niveau produit.

 

Fig. 1. Station de lecture 2  – Position d’antenne à l’entrée du module d’assemblage.

Une stratégie d’entretien orientée ressources et disponibilité

ReVista – qui vient de «Ressourcen- und verfügbarkeitsorientierte Instandhaltungsstrategie» – est un concept signifiant «stratégie d’entretien orientée ressources et disponibilité», permettant une production efficace en termes de matières et d’énergie, tout en garantissant une disponibilité adaptée aux exigences pendant le fonctionnement. En fin de compte, l’enjeu consiste en l’amélioration de l’efficacité du processus qui, chez WESO, repose sur l’idée fondamentale de l’amélioration continue (concept «KVP»), concept qui est profondément ancré comme objectif de l’entreprise.

 

Fig. 2. Module d’assemblage: arrivée d’une chaudière montée avec transpondeur (ici monté horizontalement à des fins de test).

L’une des grandes fonderies allemandes

Située dans la commune moyenne-hessoise de Gladenbach est, l’entreprise WESO est, avec plus de 400 collaborateurs, l’une des grandes fonderies allemandes. Elle fabrique, depuis plus de 120 ans, des produits en fonte grise de qualité supérieure, à destination du marché mondial. La filiale de Viessmann est aujourd’hui un prestataire de services pour tout ce qui tourne autour de la fonte. Le portefeuille de produits s’étend des pièces en fonte de précision pour la construction de machines et de boîtes de vitesses, pour les pompes et les accessoires de tuyauterie, les machines frigorifiques, la construction de tracteurs et de véhicules sur rails, jusqu’aux pièces destinées aux chaudières. Ces dernières sont montées dans ladite ligne d’assemblage avec actuellement 135 variantes différentes et des tailles s’échelonnant de 15 à 270 kW. Les temps de cycle sont compris entre 7,4 et 122 minutes.

«Aux exigences particulières liées à des dimensions de composant fortement variables et des positions de montage changeantes vient s’ajouter le fait que nous manipulons parfois des agents liquides, ce qui, dans l’environnement déjà relativement hostile, constitue une difficulté supplémentaire pour toute identification des pièces à l’aide de systèmes optiques», déclare Michael Kreide. C’est pour cela qu’il a recherché une solution RFID pour identifier individuellement les chaudières dans les différentes stations de la ligne d’assemblage, afin de pouvoir attribuer exactement à chacune d’elles les consommations effectives des consommables, tels que courant, air comprimé, produits, etc., et déterminer les indicateurs TRS. 

 

Fig. 3. Station de lecture 3 – pendant le contrôle d’étanchéité, quatre chaudières au maximum se trouvent dans la zone de contrôle.

Une remarquable technologie d’identification

Au vu des conditions prédominantes, la RFID (Radio Frequency Identification) est, pour Michael Kreide, la bonne technologie, parce qu’elle garantit une identification automatique d’objets de tous types, même sans contact visuel direct entre le support de données et le lecteur. Cela signifie que par rapport à l’identification optique, même les informations fournies par des supports de données éventuellement encrassés sont lisibles, grâce à la transmission de données par radio.

Parmi les cinq différents systèmes RFID proposés par Balluff, fonctionnant avec différentes fréquences de transmission, la version à ultrahaute fréquence (UHF) BIS U a constitué une solution optimale pour la ligne d’assemblage chez WESO. Avec 865 (EU) ou 915 (US) MHz, elle couvre des zones de lecture allant jusqu’à six mètres.

 

Le réglage des paramètres de processus

Le défi a consisté à régler les paramètres de processus du système de lecture, c’est-à-dire le point de travail, de telle sorte que seul le support de données soit à chaque fois détecté, ce dernier devant encore être détecté y compris en présence d’autres supports de données se trouvant dans l’environnement immédiat, ce qui est inévitable en raison des particularités de la ligne d’assemblage de WESO.

Ceci est obtenu en définissant la valeur de réglage par la variation de la puissance d’antenne, pour laquelle la fonction du transpondeur est tout juste encore garantie – sans que les autres transpondeurs ne soient adressés. En augmentant la puissance d’émission d’antenne en fonction de l’application, au-delà de l’intensité minimale nécessaire du champ de détection, le point de travail est réglé de telle sorte que le système d’identification – transpondeur et unité d’exploitation – soit immunisé par rapport aux changements de l’environnement et aux variations des composants liées au montage. Cette valeur détermine également la zone de lecture effective d’une antenne. Par conséquent, un réglage correct est la condition préalable à un processus de détection sélectif.

 

Fig. 4. Transpondeur avec système de fixation réutilisable et éléments magnétiques

Un réglage personnalisé sur site

Lors du réglage des paramètres de processus, il faut tenir compte impérativement de l’allure réelle de l’atténuation du champ. Dans un environnement réel, les ondes électromagnétiques émises par une antenne atteignent des objets de différentes formes, tailles et natures du matériau. Ceci conduit à des dispersions et des réflexions, générant des ondes vagabondes, qui peuvent interférer avec les ondes primaires ou avec des ondes déjà réfléchies sur d’autres objets.

Etant donné que les situations environnantes des différents points de lecture RFID diffèrent les unes des autres, l’intensité du champ de détection ou la puissance d’émission d’antenne correspondante doit être déterminée individuellement pour chaque point de détection. Les systèmes RFID professionnels de BALLUFF réalisent cette tâche sur site, à l’aide de leur procédé «Power Scan» spécial, qui est supporté par un logiciel spécialement développé pour la mise en service d’une telle application. Par ce biais, la sensibilité des supports de données est mesurée en un point de montage situé dans l’espace devant l’antenne, permettant de déterminer la puissance d’émission d’antenne minimale nécessaire. En connaissance de ladite courbe d’excitation caractéristique, la zone de lecture peut être définie de manière à empêcher une lecture indésirable de supports de données dans l’environnement immédiat.

 

Fig. 5. WESO fabrique différents types de chaudières.

Quatre antennes sur une unité d’exploitation commune

Chez WESO, outre le réglage des paramètres de processus, le procédé «Power Scan» a également permis de déterminer les positions idéales pour les antennes, ainsi que la disposition la mieux appropriée des supports de données interchangeables sur les bâtis de chaudière. Au total, quatre antennes sont installées pour la surveillance des stations de travail dans la ligne d’assemblage. Elles sont toutes raccordées par le biais d’une unité d’exploitation commune.

La première antenne couvre la zone d’introduction. Dans celle-ci, les segments individuels des chaudières sont posés manuellement et un support de données muni d’un numéro d’identification fixe est fixé sur le corps de base. A cette fin, l’ouvrier prélève un transpondeur du bac de stockage et le place dans la zone de lecture de l’antenne. Sa puissance d’émission est réduite, de telle sorte que la distance de lecture du transpondeur ne s’élève qu’à 30 cm environ. Ce réglage permet de garantir que seul le transporteur placé immédiatement devant l’antenne soit lu et connecté au système. En revanche, les transpondeurs se trouvant à côté, dans le bac de stockage, ne sont pas détectés.

Lors de l’introduction de la chaudière dans la station d’assemblage suivante, une deuxième antenne détecte le transpondeur. Après le pressage intervient le montage de diverses pièces rapportées, avant que les chaudières ne parviennent dans une station de contrôle d’étanchéité. Une troisième station de lecture, installée à ce niveau, permet une nouvelle fois l’attribution sélective des consommations de service et des consommables. «Le réglage de la station de lecture dans cette zone s’est avéré particulièrement exigeant, étant donné que, suivant la variante de chaudière, jusqu’à quatre d’entre elles se trouvent dans un espace réduit au sein de la station de contrôle, et qu’en raison du prémontage en marche continue, des chaudières supplémentaires s’accumulent devant l’entrée de la station de contrôle», poursuit Michael Kreide.

Une fois le contrôle d’étanchéité terminé, les chaudières parviennent dans la zone d’emballage, où le transpondeur est de nouveau retiré et le message d’acquittement émis simultanément par le biais de la quatrième antenne installée à cet endroit.

 

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