EP3380269A1 - Ligne de fabrication industrielle - Google Patents

Ligne de fabrication industrielle

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Publication number
EP3380269A1
EP3380269A1 EP16809987.7A EP16809987A EP3380269A1 EP 3380269 A1 EP3380269 A1 EP 3380269A1 EP 16809987 A EP16809987 A EP 16809987A EP 3380269 A1 EP3380269 A1 EP 3380269A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
automatic
standardized
assembly
semi
modules
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP16809987.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Camille AUFSATZ
Laurent DURVILLE
Norbert Trouillet
Laurent Marty
Simon GRANGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stellantis Auto SAS
Original Assignee
PSA Automobiles SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by PSA Automobiles SA filed Critical PSA Automobiles SA
Publication of EP3380269A1 publication Critical patent/EP3380269A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P21/00—Machines for assembling a multiplicity of different parts to compose units, with or without preceding or subsequent working of such parts, e.g. with program control
    • B23P21/004—Machines for assembling a multiplicity of different parts to compose units, with or without preceding or subsequent working of such parts, e.g. with program control the units passing two or more work-stations whilst being composed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
    • B23P19/04—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes for assembling or disassembling parts
    • B23P19/042—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes for assembling or disassembling parts specially adapted for combustion engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P21/00—Machines for assembling a multiplicity of different parts to compose units, with or without preceding or subsequent working of such parts, e.g. with program control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/06—Safety devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/0084—Program-controlled manipulators comprising a plurality of manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/0093—Program-controlled manipulators co-operating with conveyor means

Definitions

  • the invention relates to the design and implementation of an industrial manufacturing line. She is interested in the assembly of mechanical parts, including - but not only - in the automotive field.
  • assembly lines for manufactured products generally consist of a succession of manual or automatic assembly stations.
  • Automatic type assembly stations use special, dedicated machines designed specifically for a given type of product ("product type” means a family of products and its variants), and for a given production capacity.
  • the invention then aims to design new production lines that are more flexible, especially in terms of the type of product manufactured and in terms of variation of production rates. It aims in particular to overcome the aforementioned drawbacks.
  • the invention firstly relates to an industrial production line comprising manual and / or semi-automatic and / or automatic assembly stations, such that said assembly stations are broken down into standardized modules, which are each operated manually or automatically or semi-automatically operating interchangeably, in particular depending on the production capacity.
  • the invention thus proposes a new way to modularly design the assembly of products, by breaking down the assembly stations into simple subsets, standardized and flexible modules. These modules make it possible to carry out manually or automatically the various assembly operations.
  • the production line is formed by juxtaposing the different modules, according to the type of product to be assembled and the production capacity to be achieved. Each module corresponds to an elementary operation to be performed.
  • the standardized modules of an assembly station preferably operate successively and / or in parallel: several operations can be carried out in parallel, for a final assembly for example, which allows a saving of time .
  • the standardized modules with automatic or semi-automatic operation are equipped with robotic means provided with integrated security means, in particular so-called security means on unintended contact.
  • the standardized modules with automatic or semi-automatic operation are equipped with robotic means provided with sensors with feedback on each of their mobility axes.
  • This type of robot belongs to a new generation of robots, sometimes called “safe” (safe in French), because designed to be able to conduct operations in a human environment without external security device, thanks to their integrated security , including appropriate sensors: there is no need to use isolated robots, "caged”, to protect operators, nor is there any need, in fact, to consolidate manual operation in one area, and the robots in another. And the integration of sensors on each of their mobility axes, beyond their purpose for the safety of the operators, makes it possible for them to carry out tasks with a very precise sensory feedback.
  • This type of robot also has the advantage of being generally very compact, with a size close to the human size, which makes them easily implantable / integrable on the production line.
  • an assembly station may comprise at least one manual standardized module and at least one standardized semiautomatic or automatic module.
  • Each of the stations can combine, depending on the product and the desired production, fully manual, partially manual (semi-automatic) or fully automatic (robot-only) modules.
  • the invention also relates to the use of the industrial production line described above to the assembly of mechanical parts, including the assembly of members belonging to a powertrain, for example a powertrain vehicle in particular terrestrial type motor vehicle.
  • the invention also relates to a method for implementing the industrial production line described above, the method decomposing the assembly into a series of elementary operations in a predetermined unit of time, each operation being carried out by a standardized module.
  • the method of the invention is thus structured in elementary operations according to a unit of time u t , which can be for example 30 seconds.
  • a unit of time u t which can be for example 30 seconds.
  • Each operation can be performed by a "brick” function, all of these "bricks” composing a library of manual, semi-automatic or automatic functions interchangeable.
  • bricks can be juxtaposed (in series) in a workstation to compose a workload of N xu t .
  • the organization of the bricks can also make it possible to carry out operations in parallel (in masked time).
  • the organization of the bricks in series and / or in parallel makes it possible to adapt the construction of each cycle work station of the line which is aimed at.
  • the unit of time u, predetermined is chosen between 10 seconds and 2 minutes, and may be in particular of the order of 30 seconds.
  • the method according to the invention uses the production line to assemble different products by a reorganization and reprogramming of the standardized modules.
  • the invention also relates to a method of operating an industrial production line comprising manual and / or semi-automatic and / or automatic assembly stations, such that said assembly stations are decomposed into modules.
  • standardized which are each manual operation or automatic operation or semi-automatic operation and as we choose the relative number of manual modules, semi-automatic and automatic, which are interchangeable with each other, depending on the production capacity.
  • this method performs assembly operations using robotic means provided with integrated security means interacting with human means. It is thus possible to use non-sterile robots that will cooperate with operators on the same line, with a direct proximity between robot and operator.
  • the relative proportion of robotic means of this type and of operators is adjusted absolutely flexibly according to the rate of production required, the interchangeability between operators and robotic means being complete.
  • each standardized module is dedicated to a given elementary operation, and the assembly of the parts is modified by adding / removing standardized modules. It is thus possible to quickly adapt / reconfigure the production line according to a modification / evolution of the product to be assembled, or according to the different variants of the product to be assembled.
  • FIG. 1 shows a production line according to the state of the existing art and a modified production line according to the invention
  • FIGS. 2, 3 and 4 respectively represent, for the same assembly station of a production line according to the invention, a manual module (FIG. 2), a semi-automatic module (FIG. 3) and an automatic module.
  • Figure 4 FIGS. 5, 6 and 7 show, respectively, for a same assembly station of a production line according to the invention, a semiautomatic module according to a variant a (FIG. 5), according to a variant b (FIG. ) and an automatic module ( Figure 7);
  • FIG. 8 is a graphical representation of the flexibility of a production line according to the invention as a function of a request for an increase in production capacity
  • FIGS. 9 and 10 show a sealing control station of a production line respectively according to the state of the art existing (FIG. 9) and according to the invention (FIG. 10);
  • Figures 1 1 and 12 show a screwing station of a manufacturing line respectively according to the state of the art existing ( Figure 1 1) and according to the invention ( Figure 12);
  • FIG. 13 is an illustration of a flexible manufacturing line according to the invention.
  • Figure 1 shows in the largest view a manufacturing line of the state of the art, with a portion of an assembly line L1 of mechanical engine parts.
  • the line portion L1 here has the approximate shape of a U.
  • operators 1 surrounded by an oval for better locating on the figure
  • robots 2 arranged in safety cages 3 also all arranged successively.
  • the line is designed to group workstations with manual operations on one side and workstations with automated operations on the other. Automated stations take up a lot of space, and it is understood that this type of manufacturing line is not very flexible, compact and requires the design of operations not in the most rational way because of the sharing of the line between manual and automated operations.
  • Figure 1 also shows, in the smallest view, the modifications made by the invention with respect to the existing line, namely a redesign of the line to make the same assembly more efficiently.
  • Line L2 comprises a succession of manual and automatic workstations, the organization of which is controlled by the rationality and minimization of the movements of operators and products being assembled. We see that between two operators, we have at most 2 meters distance, while in the previous case, we could have up to 10 meters between two operators.
  • Robots 2 with safety for the operators in the form of cage 3 are here replaced by 2 'robots of much smaller size, and equipped with integrated security means using sensors and which avoid any risk of accident by unintentional contact with a operator, and which makes it possible to dramatically compact the production line.
  • the degree of automation of each workstation is best adapted to the needs, according to the volume of production required, by exchanging a manual position by a semi-automatic or automatic station, without the dimensions of the line being significantly impacted.
  • the line can remain compact, keep given dimensions even if the rate of production changes drastically.
  • FIGS. 2 to 4 show the design of an interchangeable workstation according to the invention for the same series of elementary operations to be performed:
  • FIG. 2 represents a manual work station, with two operators successively carrying out manual operations, possibly with tools, on a product being assembled 4 traveling on a conveyor from one operator to the next.
  • FIG. 3 is a workstation performing the same series of elementary operations, but which is semi-automated: we have added "plug and play" automated tools to designate, in French, robotic tools 5, 5 'that it is enough to connect mechanically and electrically and to program to support the operations made by the operator, either to do some of the elementary operations in its place, or to help make them faster / easier.
  • Figure 4 is a fully automated workstation: all the elementary operations are performed by robotic tools 5,5 '.
  • FIG. 5 shows, respectively for a same assembly station of a production line according to the invention, a semi-automatic module according to a variant a (FIG. 5), according to a variant b (FIG. 6) and an automatic module (FIG. 7):
  • FIG. 8 is a graphical representation of the flexibility of a production line according to the invention as a function of a request for an increase in production capacity: for a given production line, the arrow F1 indicates a direction. to increase the investment in industrial equipment, the arrow F2 indicates a direction of increase of the degree of automation of the line (M meaning that the operation is manual, and A that the operation is automated).
  • A1 represents a first level of production, for example N produced per year
  • A2 a second production level, for example 1.5 x N produced per year
  • A3 a third production level, for example 3 x N products. per year, with the same workstation S to perform three basic operations, which can be manual or automated.
  • the adaptation of the production tool to the product is therefore conducted mainly by programming, with the possible simplification of tools to easily consider tool change solutions without fundamental redesign of the manufacturing process.
  • This flexibility makes it possible to better load the production lines by making them capable of manufacturing several types of product easily, and to be generally less sensitive to changes in the volume of sales of the products manufactured.
  • Figures 9 and 10 show a sealing checkpoint of a product on a production line respectively according to the state of the art ( Figure 9) and according to the invention ( Figure 10): to Figure 9, we see a robot 2 in a safety cage 3 to perform this verification, while in Figure 10 the robot 2 has been replaced by a robot 5 '"safe", with a dramatic space saving.
  • FIG. 13 represents a production line which, for a given production rate, has adopted the most appropriate configuration between semiautomatic modules A, manual modules C and automatic modules B: here there are 5 modules A, 1 module B and 1 module C. If the rate had to change (or if the number and / or the succession of elementary operations had to change), one can quickly reprogram the line by modulating the relative number of these three types of module.
  • the invention uses modular machines to compose a manufacturing process at variable rate by simplified reconfiguration, it uses elementary means allowing flexibility to the product by programming. It makes it possible to better spread the investments on the industrial tool, and to manufacture several families of products on the same line. It shortens the development time, commissioning and reconfiguration of line. It makes it possible to conserve the cycle time of the existing processes, and a great gain in time over the industrialization time, due to the use of standard "bricks".

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

L'invention porte sur une ligne de fabrication industrielle (L2) comprenant des stations d'assemblage manuel et/ou semi-automatique et/ou automatique, lesdites stations d'assemblage étant décomposées en modules standardisés, qui sont chacun à fonctionnement manuel ou à fonctionnement automatique ou à fonctionnement semi- automatique de façon interchangeable, notamment selon la capacité de production visée.

Description

LIGNE DE FABRICATION INDUSTRIELLE
[0001 ] L'invention porte sur la conception et la mise en œuvre d'une ligne de fabrication industrielle. Elle s'intéresse à l'assemblage de pièces mécaniques, notamment - mais pas uniquement - dans le domaine automobile.
[0002] Actuellement, les lignes d'assemblage pour des produits manufacturés sont généralement constituées d'une succession de stations d'assemblage manuelles ou automatiques. Les stations d'assemblage de type automatiques utilisent des machines spéciales, dédiées, étudiées spécifiquement pour un type de produit donné (on comprend par « type de produit » une famille de produits et ses variantes), et pour une capacité de production donnée.
[0003] Le principe de conception de telles machines repose sur la combinaison d'outils spécifiques à chaque opération (comme des visseuses, des préhenseurs, des pinces....). Il en résulte des machines complexes, monobloc, peu adaptées à d'autres familles de produit, relativement difficiles à modifier et reconfigurer. Ce sont les spécificités de chaque machine qui structurent le procédé d'assemblage dans son ensemble, ce qui explique que le temps de conception de chaque ligne de fabrication soit long : A chaque nouvelle référence de produit à fabriquer, à chaque évolution du produit, il faut reprendre la conception des outils. [0004] En outre, à chaque augmentation de cadence de production, pour un produit à assembler donné, il faut ajouter des outillages sur la ligne de fabrication existante, ce qui oblige à augmenter la taille de la ligne, à la reconfigurer, ce qui a un impact important sur son implantation dans le site de production, pouvant par ailleurs comprendre plusieurs lignes de fabrication. Ce redimensionnement de la ligne peut aussi impacter l'ordre des opérations à effectuer, et sur les distances induites entre les postes d'assemblage à manipulation manuelle, pouvant conduire à regrouper dans des zones contiguës les postes avec intervention d'opérateurs pour leur éviter des déplacements trop importants.
[0005] L'invention a alors pour but de concevoir de nouvelles lignes de production qui soient plus flexibles, notamment en termes de type de produit fabriqué et en termes de variation de cadences de production. Elle a notamment pour but de remédier aux inconvénients précités. [0006] L'invention a tout d'abord pour objet une ligne de fabrication industrielle comprenant des stations d'assemblage manuel et/ou semi-automatique et/ou automatique, telle que lesdites stations d'assemblage sont décomposées en modules standardisés, qui sont chacun à fonctionnement manuel ou à fonctionnement automatique ou à fonctionnement semi-automatique de façon interchangeable, notamment selon la capacité de production visée.
[0007] L'invention propose ainsi une nouvelle façon de concevoir de façon modulaire l'assemblage de produits, en décomposant les postes d'assemblage en sous-ensembles simples, des modules standardisés et flexibles. Ces modules permettent de réaliser en manuel ou en automatique les différentes opérations d'assemblage. On constitue la ligne de fabrication par juxtaposition des différents modules, à façon, selon le type de produit à assembler et selon la capacité de production à atteindre. A chaque module correspond une opération élémentaire à effectuer.
[0008] Selon l'invention, les modules standardisés d'une station d'assemblage opèrent de préférence successivement et/ou en parallèle : plusieurs opérations peuvent être menées en parallèle, pour un assemblage final par exemple, ce qui permet un gain de temps.
[0009] De préférence, les modules standardisés à fonctionnement automatique ou semi- automatique sont équipés de moyens robotiques munis de moyens de sécurité intégrés, notamment de moyens de sécurité dits sur contact inopiné.
[0010] De préférence, les modules standardisés à fonctionnement automatique ou semi- automatique sont équipés de moyens robotiques munis de capteurs avec retour d'information sur chacun de leurs axes de mobilité.
[001 1 ] Ce type de robot appartient à une nouvelle génération de robots, appelée parfois « safe » (sûr en français), car conçus de manière à pouvoir conduire des opérations en milieu humain sans dispositif de sécurité extérieur, grâce à leur sécurité intégrée, notamment par des capteurs appropriés : on n'a plus besoin d'avoir recours à des robots isolés, « mis en cage », pour protéger les opérateurs, on n'a plus besoin non plus, de fait, de regrouper les postes d'assemblage à opération manuelle dans une zone, et les robots dans une autre. Et l'intégration de capteurs sur chacun de leurs axes de mobilité, au-delà de leur finalité pour la sécurité des opérateurs, permet de leur faire réaliser des tâches avec un retour d'information sensitive très précis. [0012] Ce type de robot présente en outre l'avantage d'être généralement très compact, avec une taille proche de la taille humaine, ce qui les rend facilement implantables/intégrables sur la ligne de fabrication.
[0013] Selon l'invention, une station d'assemblage peut comprendre au moins un module standardisé manuel et au moins un module standardisé semi-automatique ou automatique. Chacune des stations peut combiner, selon le produit et la production voulue, des modules entièrement manuels, partiellement manuels (semi-automatiques) ou complètement automatiques (avec uniquement intervention de robots).
[0014] L'invention a également pour objet l'utilisation de la ligne de fabrication industrielle décrite précédemment à l'assemblage de pièces mécaniques, notamment à l'assemblage d'organes appartenant à un groupe motopropulseur, par exemple un groupe motopropulseur de véhicule notamment terrestre de type véhicule automobile.
[0015] L'invention a également pour objet un procédé de mise en œuvre de la ligne de fabrication industrielle décrite précédemment, le procédé décomposant l'assemblage en une série d'opérations élémentaires suivant une unité de temps prédéterminé, chaque opération étant réalisée par un module standardisé.
[0016] Le procédé de l'invention est ainsi structuré en opérations élémentaires suivant une unité de temps ut, qui peut être par exemple de 30 secondes. Chaque opération peut être réalisée par une « brique » fonction, l'ensemble de ces « briques » composant une librairie de fonctions manuelles, semi-automatiques ou automatiques interchangeables.
[0017] Ces « briques » peuvent être juxtaposées (en série) dans une station de travail pour composer une charge de travail de N x ut. L'organisation des briques peut également permettre de réaliser des opérations en parallèle (en temps masqué). Ainsi, l'organisation des briques en série et/ou en parallèle permet d'adapter la construction de chaque station de travail de cycle de la ligne qui est visé.
[0018] De préférence, l'unité de temps u, prédéterminée est choisie comprise entre 10 secondes et 2 minutes, et peut être notamment de l'ordre de 30 secondes.
[0019] Avantageusement, on peut selon le procédé de l'invention remplacer un module standardisé manuel par un module standardisé semi-automatique ou automatique, quand la capacité de production doit augmenter. [0020] De préférence, le procédé selon l'invention utilise la ligne de production pour assembler des produits différents par une réorganisation et reprogrammation des modules standardisés.
[0021 ] L'invention a également pour objet un procédé de fonctionnement d'une ligne de fabrication industrielle comprenant des stations d'assemblage manuel et/ou semi- automatique et/ou automatique, tel que lesdites stations d'assemblage sont décomposées en modules standardisés, qui sont chacun à fonctionnement manuel ou à fonctionnement automatique ou à fonctionnement semi-automatique et tel qu'on choisit le nombre relatif de modules manuels, semi-automatique et automatiques, qui sont interchangeables entre eux, selon la capacité de production visée.
[0022] De préférence, ce procédé réalise des opérations d'assemblage utilisant des moyens robotiques munis de moyens de sécurité intégrés interagissant avec des moyens humains. On peut ainsi avoir recours à des robots non cartérisés qui vont coopérer avec des opérateurs sur la même ligne, avec une proximité directe entre robot et opérateur. La proportion relative de moyens robotiques de ce type et d'opérateurs est ajustée de façon absolument flexible selon la cadence de production demandée, l'interchangeabilité entre opérateurs et moyens robotiques étant complète.
[0023] De préférence, chaque module standardisé est dédié à une opération élémentaire donnée, et on modifie l'assemblage des pièces en ajoutant/retirant des modules standardisés. On peut ainsi adapter/reconfigurer rapidement la ligne de production en fonction d'une modification/évolution du produit à assembler, ou en fonction des différentes variantes du produit à assembler.
[0024] L'invention est décrite plus en détail ci-après en référence aux figures relatives à un exemple de réalisation non limitatif se rapportant à une ligne de fabrication: - la figure 1 représente une ligne de fabrication selon l'état de l'art existant et une ligne de fabrication modifiée selon l'invention ;
- les figures 2 , 3 et 4 représentent respectivement, pour une même station d'assemblage d'une ligne de fabrication selon l'invention, un module manuel (figure 2), un module semi- automatique (figure 3) et un module automatique (figure 4); - les figures 5, 6 et 7 représentent respectivement, pour une même station d'assemblage d'une ligne de fabrication selon l'invention, un module semi-automatique selon une variante a (figure 5), selon une variante b (figure 6) et un module automatique (figure 7);
- la figure 8 est une représentation graphique de la flexibilité d'une ligne de fabrication selon l'invention en fonction d'une demande d'augmentation de capacité de production ;
- les figures 9 et 10 représentent un poste de contrôle d'étanchéité d'une ligne de fabrication respectivement selon l'état de l'art existant (figure 9) et selon l'invention (figure 10) ;
- les figures 1 1 et 12 représentent un poste de vissage d'une ligne de fabrication respectivement selon l'état de l'art existant (figure 1 1 ) et selon l'invention (figure 12) ;
- la figure 13 est l'illustration d'une ligne de fabrication flexible selon l'invention.
[0025] Les références reprises d'une figure à l'autre désignent les mêmes composants, et les différents composants représentés ne sont pas nécessairement à l'échelle. Les figures restent extrêmement schématiques pour en faciliter la lecture. [0026] La figure 1 représente dans la vue la plus grande une ligne de fabrication de l'état de l'art, avec une portion d'une ligne d'assemblage L1 de pièces mécaniques de moteur. La portion L1 de ligne a ici la forme approximative d'un U. Dans l'une des branches du U, dans la portion L1 1 de la ligne, on y voit des opérateurs 1 (entourés d'un ovale pour mieux les repérer sur la figure) qui sont disposés tous en ligne successivement devant leurs stations d'assemblage. Dans l'autre branche du U, dans la portion L12 de la ligne, on voit des robots 2 disposés dans des cages de sécurité 3 également tous disposés successivement. La ligne est donc conçue pour regrouper les stations de travail avec opérations manuelles d'un côté, les stations de travail avec opérations automatisées de l'autre. Les stations automatisées prennent une grande place, et on comprend que ce type de ligne de fabrication est peu flexible, peu compact et oblige à concevoir les opérations pas de la façon la plus rationnelle du fait du partage de la ligne entre opérations manuelles et automatisées.
[0027] La figure 1 représente également, dans la vue la plus petite, les modifications faites par l'invention par rapport à la ligne existante, à savoir une reconception de la ligne pour faire le même assemblage de façon plus efficace. La ligne L2 comprend une succession de stations de travail manuelles et automatiques, dont l'organisation est commandée par la rationalité et la minimisation des déplacements des opérateurs et des produits en cours d'assemblage. On voit qu'entre deux opérateurs, on a au maximum 2 mètres de distance, alors que dans le cas précédent, on pouvait avoir jusqu'à 10 mètres entre deux opérateurs. Les robots 2 avec sécurité pour les opérateurs sous forme de cage 3 sont ici remplacés par des robots 2' de taille nettement plus réduite, et équipés de moyens de sécurité intégrés utilisant des capteurs et qui évitent tout risque d'accident par contact inopiné avec un opérateur, et ce qui permet de compacter de façon spectaculaire la ligne de fabrication. On adapte au mieux le degré d'automatisation de chaque station de travail aux besoins, selon le volume de production demandé, en échangeant un poste manuel par un poste semi-automatique ou automatique, sans que les dimensions de la ligne en soient significativement impactées. La ligne peut ainsi rester compacte, garder des dimensions données même si la cadence de production change drastiquement.
[0028] Les figures 2 à 4 représentent la conception d'une station de travail interchangeable selon l'invention pour une même série d'opérations élémentaires à effectuer :
[0029] La figure 2 représente une station de travail manuelle, avec deux opérateurs effectuant successivement des opérations manuelles, éventuellement avec des outillages, sur un produit en cours d'assemblage 4 circulant sur un convoyeur d'un opérateur au suivant. [0030] La figure 3 est une station de travail effectuant la même série d'opérations élémentaires, mais qui est semi-automatisée : on vient ajouter des outillages automatisés dits » plug and play » pour désigner, en français, des outillages robotisés 5,5' qu'il suffit de connecter mécaniquement et électriquement et de programmer pour supporter les opérations faites par l'opérateur, soit pour faire certaines des opérations élémentaires à sa place, soit pour l'aider à les réaliser plus vite / plus facilement.
[0031 ] La figure 4 est une station de travail entièrement automatisée : toutes les opérations élémentaires sont exécutées par des outillages robotisés 5,5'.
[0032] Suivant la cadence de production demandée, on peut donc ajuster très précisément et aisément le taux d'automatisation de la ligne de son ensemble. [0033] Les figures 5, 6 et 7 représentent respectivement, pour une même station d'assemblage d'une ligne de fabrication selon l'invention, un module semi-automatique selon une variante a (figure 5), selon une variante b (figure 6) et un module automatique (figure 7) :
[0034] A la figure 5, on voit un opérateur monter les soupapes d'un moteur thermique 4 avec une opération de retournement de la culasse effectuée par un robot 5 dit « retourneur ».
[0035] A la figure 6, la station a été davantage automatisée : le retournement de la culasse est effectuée par le robot 5', le montage de certaines des soupapes est faite manuellement par l'opérateur, et le montage des autres soupapes est réalisé par un autre robot 5' (la figure 6 ne représente que cet ajout par rapport à la figure 5). [0036] A la figure 7, l'ensemble des opérations, retournement de la culasse et montage de toutes les soupapes, se font avec des robots 5,5'. Toutes les versions de cette station ont la même taille, avec une longueur d'environ 2 mètres.
[0037] La figure 8 est une représentation graphique de la flexibilité d'une ligne de fabrication selon l'invention en fonction d'une demande d'augmentation de capacité de production : pour une ligne de fabrication donnée, la flèche F1 indique un sens d'augmentation de l'investissement en outillage industriel, la flèche F2 indique un sens d'augmentation du degré d'automatisation de la ligne (M signifiant que l'opération est manuelle, et A que l'opération est automatisée). A1 représente un premier palier de production, de par exemple N produits par an , A2 un second palier de production, de par exemple 1 ,5 x N produits par an, et A3 un troisième palier de production, de par exemple 3 x N produits par an, avec une même station de travail S devant réaliser trois opérations élémentaires, qui peuvent être manuelles ou automatisées.
[0038] Sur les trois opérations schématisées, plus on a recours à des modules automatisés, plus la cadence de production peut être élevée, à investissement industriel constant. Dans ce cas, on peut choisir - de conserver en opérations manuelles, les stations pour lesquelles les briques automatiques seraient non rentables ; - de réaliser en semi-automatique opérations ne pouvant prétendre qu'à certaines briques automatiques rentables ; - de réaliser en tout automatique les stations de travail où toutes les briques automatiques sont rentables. [0039] On comprend qu'avec ce type de conception de ligne, le temps d'industrialisation est réduit par la simplification des outillages et la standardisation des solutions. De plus, les briques élémentaires sont flexibles au regard des produits à faire, par une minimisation de la mécanique au profit de fonctionnalités de type programmations de logiciels. L'adaptation de l'outil de production au produit est donc conduite majoritairement par de la programmation, avec le cas échéant la simplification des outils permettant d'envisager aisément des solutions de changement d'outil sans reconception fondamentale du procédé de fabrication. Cette flexibilité permet de mieux charger les lignes de fabrication en les rendant capables de fabriquer plusieurs types de produit aisément, et d'être globalement moins sensibles aux variations de volume des ventes des produits fabriqués.
[0040] A chaque palier de volume de production, A1 ,A2,A3, l'investissement reste minimum par un taux d'automatisation modulable. On peut ainsi adapter la taille de l'équipe d'opérateurs au volume à produire, de façon linéaire pendant la montée en capacité, quand on commence à produire un nouveau produit. L'adaptation au volume linéaire est rendue possible par un procédé de fabrication qui minimise les déplacements parasites des opérateurs. Cette conception permet de minimiser de minimiser les frais fixes / frais variables dans la phase de montée en capacité de production.
[0041 ] Les figures 9 et 10 représentent un poste de contrôle d'étanchéité d'un produit sur une ligne de fabrication respectivement selon l'état de l'art existant (figure 9) et selon l'invention (figure 10) : à la figure 9, on voit un robot 2 dans une cage de sécurité 3 pour effectuer cette vérification, tandis qu'à la figure 10 le robot 2 a été remplacé par un robot 5' « safe », avec un gain de place spectaculaire.
[0042] Les figures 1 1 et 12 représentent un poste de vissage d'une ligne de fabrication respectivement selon l'état de l'art existant (figure 1 1 ) et selon l'invention (figure 12) : là encore le robot 2 muni d'une cage de sécurité imposante 3 (figure 1 1 ) a été remplacé par un robot 5' de type « safe » (figure 12). [0043] La figure 13 représente une ligne de fabrication qui , pour une cadence de production donnée, a adopté la configuration la plus appropriée entre modules semi- automatiques A, modules manuels C et modules automatiques B : on a ici 5 modules A, 1 module B et 1 module C. Si la cadence devait changer (ou si le nombre et/ou la succession d'opérations élémentaires devait changer), on peut reprogrammer rapidement la ligne en modulant le nombre relatif de ces trois types de module.
[0044] En conclusion, l'invention a recours à des machines modulaires permettant de composer un procédé de fabrication à cadence variable par reconfiguration simplifiée, elle utilise des moyens élémentaires permettant une flexibilité au produit par de la programmation. Elle permet d'étaler mieux les investissements sur l'outil industriel, et de fabriquer plusieurs familles de produits sur une même ligne. Elle raccourcit le temps de développement, de mise en service et de reconfiguration de ligne. Elle permet de conserver le temps de cycle des procédés existants, et un fort gain en temps sur le temps d'industrialisation, du fait du recours à des « briques « standards.

Claims

REVENDICATIONS
1. Ligne de fabrication industrielle (L2) comprenant des stations d'assemblage manuel et/ou semi-automatique et/ou automatique, caractérisée en ce que lesdites stations d'assemblage sont décomposées en modules standardisés, qui sont chacun à fonctionnement manuel ou à fonctionnement automatique ou à fonctionnement semi- automatique de façon interchangeable, selon la capacité de production visée.
2. Ligne de fabrication industrielle (L2) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les modules standardisés d'une station d'assemblage opèrent successivement et/ou en parallèle.
3. Ligne de fabrication industrielle (L2) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les modules standardisés à fonctionnement automatique ou semi-automatique sont équipés de moyens robotiques munis de moyens de sécurité intégrés, notamment de moyens de sécurité dits sur contact inopiné (5,5').
4. Ligne de fabrication industrielle (L2) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les modules standardisés à fonctionnement automatique ou semi-automatique sont équipés de moyens robotiques (5,5') munis de capteurs avec retour d'information sur chacun de leurs axes de mobilité.
5. Ligne de fabrication industrielle (L2) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une station d'assemblage comprend au moins un module standardisé manuel et au moins un module standardisé semi-automatique ou automatique.
6. Utilisation de la ligne de fabrication industrielle (L2) selon l'une des revendications précédentes à l'assemblage de pièces mécaniques, notamment à l'assemblage d'organes appartenant à un groupe motopropulseur.
7. Procédé de mise en œuvre de la ligne de fabrication industrielle (L2) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il décompose l'assemblage en une série d'opérations élémentaires suivant une unité de temps prédéterminé, chaque opération étant réalisée par un module standardisé.
8. Procédé de mise en œuvre selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'unité de temps prédéterminée est choisie comprise entre 10 secondes et 2 minutes, notamment de 30 secondes.
9. Procédé de mise en œuvre selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on remplace un module standardisé manuel par un module standardisé semi-automatique ou automatique, quand la capacité de production doit augmenter.
10. Procédé de mise en œuvre selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il utilise la ligne de production (L2) pour assembler des produits différents par une réorganisation et reprogrammation des modules standardisés.
11. Procédé de fonctionnement d'une ligne de fabrication industrielle (L2) comprenant des stations d'assemblage manuel et/ou semi-automatique et/ou automatique, caractérisé en ce que lesdites stations d'assemblage sont décomposées en modules standardisés, qui sont chacun à fonctionnement manuel ou à fonctionnement automatique ou à fonctionnement semi-automatique et en ce qu'on choisit le nombre relatif de modules manuels, semi-automatique et automatiques, qui sont interchangeables entre eux, selon la capacité de production visée.
12. Procédé de fonctionnement selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il réalise des opérations d'assemblage utilisant des moyens robotiques munis de moyens de sécurité intégrés interagissant avec des moyens humains.
13. Procédé de fonctionnement selon la revendication 1 1 ou 12, caractérisé en ce que chaque module standardisé est dédié à une opération élémentaire donnée, et en ce qu'on modifie l'assemblage des pièces en ajoutant/retirant des modules standardisés.
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