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Alexandre LAUROZ GM5 IMS Master IS
MEMOIRE DE PROJET DE FIN D’ETUDES D’INGENIEUR
OPTIMISATION ET RECONCEPTION D’UN SYSTEME DE FIXATION D’OUTILS SUR UN ROBOT POUR
PRESSE A INJECTER ANALYSE D’UNE MATIERE PLASTIQUE ABS
Du 9 février au 26 juin 2015
Stage effectué chez ELKO AS-‐ GROUPE SCHNEIDER Département méthode
Bureau d’étude Septembre 2015
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Remerciements
Je remercie vivement l’ensemble du personnel des Départements Méthode et Qualité de l’Entreprise Elko AS à Åmot ( Norvège ) qui m’a permis d’effectuer mon stage de projet de fin d’études dans les meilleures conditions.
Je suis particulièrement reconnaissant envers Monsieur Laurent Guéroux Directeur de l’Entreprise et Monsieur Vegard Strandbraaten Chef du Département méthode pour m’avoir accepté comme stagiaire. Leur accueil et leur aide m’ont été précieux. Toute ma gratitude va à Messieurs Strandbraaten, Guéroux ainsi qu’à l’ensemble de l’équipe technique qui, par leur attention et leurs conseils largement prodigués, ont facilité mon intégration dans l’équipe de travail.
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RESUME
Ce stage de projet de fin d’études (PFE) s’est déroulé sur le site de ELKO à Amot en Norvège. Cette entreprise est dirigée par Monsieur Laurent Guéroux et est spécialisée dans la conception et la production de matériel électrique (prises, interrupteurs etc.) Plus précisément, j’ai effectué ce stage au sein d’une équipe d’ingénieurs et techniciens spécialisés dans l’innovation, la conception et la maintenance de systèmes robotisés appliqués au moulage de pièces en plastique. Ce projet de fin d’études s’est articulé en deux parties : Première partie : ce volet de mon stage est basé sur une mission d’optimisation du système de fixation et de changement d’outils équipant un robot six axes assurant le démoulage et l’empilage de pièces plastiques sortant d’une presse à injecter. J’ai du concevoir un système de fixation automatique permettant de changer (monter/démonter) ces outils sur ce robot le plus vite possible sans l’intervention d’opérateur et sans l’utilisation d’outils (clés, pinces…). J’ai choisi de travailler sur un système de fixation d’outils par aimantation à l’aide d’électroaimants assisté par un programme d’exploitation du robot. Les outils de préhension de pièces fonctionnant avec un système équipé de ventouses pneumatiques, il m’a fallu concevoir également une connexion de vide rapide et universelle pour tous les outils utilisés. Cette étude avait pour but de gagner du temps dans les phases de changement d’outils utilisés dans la manipulation de pièces plastiques moulées. Deuxième partie : cette partie quant à elle, consistait à la recherche et à l’analyse d’un nouveau plastique ABS pour mouler des capots de prises électriques. Plus précisément l’entreprise ELKO voulait optimiser sa production en trouvant un plastique de moulage ayant une meilleure disponibilité chez un fournisseur. Après avoir trouvé ce plastique il m’a fallu l’analyser afin de m’assurer qu’il convienne à l’entreprise et qu’il réponde à certains critères. J’ai donc défini un protocole d’analyse en trois étapes : un test de colorimétrie pour m’assurer que la teinte de la pièce moulée avec ce nouveau plastique ABS corresponde à celle d’origine, suivi d’un test de tenue aux U.V pour caractériser la décoloration de ces pièces à lumière du soleil. Enfin, j’ai lancé et analysé un test de rayures pour caractériser la tenue de ces pièces face aux rayures provoquées par les aléas d’un usage au quotidien. Ce projet m’a alors permis de concevoir un système par lequel l’entreprise ELKO a pu bénéficier d’un gain de temps non négligeable lors du changement des outils au niveau d’un robot travaillant sur la ligne de moulage ainsi que de mener l’analyse d’une matière plastique dans le but de la valider et de l’intégrer dans le catalogue des matières premières de l’usine, ce qui a été fait. Enfin, ce stage m’a permis d’avoir une vision globale du métier d’ingénieur en menant une étude de conception ainsi qu’une analyse de comportement de matières plastiques au cours de leur vie. J’ai pu aborder deux aspects de ce métier : l’aspect technique et scientifique.
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Institut National des Sciences Appliquées de Strasbourg
PROJET DE FIN D’ETUDES Auteur : LAUROZ Alexandre Promotion : 2015
Titre : Optimisation et reconception d’un système de fixation d’outil sur un robot pour presse à injecter. Analyse d’une matière plastique ABS
Soutenance : le 09/09/2015
Structure d’accueil : ELKO-AS Groupe Schneider
Nb de volume(s) : 2 Nb de pages : 84 Nb de références bibliographiques : 4
Résumé : Ce projet de fin d’étude a été effectué chez ELKO en Norvège, entreprise du groupe Schneider et spécialisé dans la conception de matériel électrique. Première partie : basée sur l’optimisation d’un système de fixation et de changement d’outils équipant un robot six axes assurant le démoulage et l’empilage de pièces plastiques sortant d’une presse à injecter. J’ai conçu un système de fixation d’outils par aimantation à l’aide d’électroaimants assisté par un programme d’exploitation du robot. J’ai aussi conçu une connexion de vide rapide et universelle.(gain de temps dans les phases de changement d’outils, passé de 4 minutes à 14 secondes). Deuxième partie : basée sur la recherche et l’analyse d’un nouveau plastique ABS afin d’optimiser la production. Analyse du plastique afin qu’il convienne à l’entreprise. J’ai défini un protocole d’analyse :1) Test de colorimétrie,2) Test de tenue aux U.V, 3) Test et analyse de rayure. Les résultats sont concluants, limite plastique pour une charge normale de1,2N. Mots clés : conception, analyse, matériaux, ABS, robotique, aimantation, tests de rayures/U.V/colorimétrie, pneumatique, programmation Traduction : This project of the end of my study took place at ELKO Schneider Group in Norway, and specialized in the conception of electrical equipment. First part: based on the optimisation on fixation and change system of tools equipping a six axes robot assuring demolding and stacking plastic parts going out of an injection molding machine. I designed an automatic system allowing to change these tools as quickly as possible. I chose a tool fixation system using the magnetization of electromagnets assisted by a robot’s exploitation program and I designed aloso an universal and fast system for the vacum connection. (Saving of time in the phases of change of tools getting from 4 minutes to 14 seconds). Second part: based on the research and the analysis of a new ABS plastic to optimize the production to make sure that it is advisable to the company. So I defined a protocol of analysis: 1) Test of colorimetry, 2) Test of U.V. resistance, 3) Scratch test. The results are decisive, plastic limit for scratch test is at a normal load of 1,2N.
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SOMMAIRE
Remerciements……………………………………………………………………………………………………….….2 Résumé……………………………………………………………………………………………………………………...3 Condensé.................................................................................................................................................................4 INRODUCTION……………………………………………………………………………………………….......…….11 1] ELKO AS …………………………..………..………………………………………………………………12 1.1) Présentation générale……………….…………………………………………………..12 1.1.1) L’entreprise dans sa globalité…………...…………………………………………..………………...12 1.1.2) ELKO en quelques chiffres...…………………..………………………………………….…………….14 1.2) Structure globale………………………………………………………………………..…….15 1.2.1) Ses principaux clients………………………………………..……………………..…………………….16 1.2.2) Partenaires………………………………………………………………………….………………………...16 1.2.3) Une entreprise différente………………………….……………………………………..……………..16 1.3) L’entreprise et la sécurité……………………………………………....…………..18 1.3.1) Méthode de formation……………………………………………………………..………..…………...18 13.2) Sa structure……………………………………………………………………………………….…………...18 2] CONTENU DU STAGE……………………………………………………………………….20 2.1) Cadre général………………………………………………………………………….………….20 2.1.1) Organigramme………………………………………………………………………………….…………...20 2.1.2) L’équipe………………………………………………………………………………...……………………...20 2.1.3) Processus de production………………………………………………………………………………..21
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2.2) Analyse de mon travail, première partie : reconception d’un système de fixation d’outil de préhension de pièces plastiques pour un robot six axes……………………………………………………………………………………………………………………...22 2.2.1) Démarche mentale……...……………………………………………………………..….…….................29
a) Reformulation du problème……………………………………………………………………….29 b) Recherches des causes des problèmes…………………………………...…………………...30 c) Construction et choix des solutions……………………………………………………………..31 d) Choix et modélisation des solutions technologiques ……………………………………38 e) Protocole de conception des outils…………………………...…………………………………49
f) La prévention des risques durant un projet de conception………...……………........51 2.2.2) Montage, réalisation, optimisation et expérimentations …………………........................52 a) Première solution………………………………………………………………………………………53 b) Deuxième solution, station intermédiaire à géométrie variable……………………55 2.2.3) Réalisation du dispositif expérimental …………………………………………………………….56 2.2.4) Essais et programmation…...............................................................................…………………….58 2.3) Analyse de mon travail, deuxième partie : études et analyses de matières plastiques ABS en vue de moulages....................................................................................................................................................64 2.3.1) Mission, recherche des matériaux et protocole d’analyse…………………….……………64 2.3.2) Test de colorimétrie…………………………………...……………..………………………………........65 2.3.3) Test de tenue aux U.V …………………………………………….…..……………………….................67 a) Protocole d’analyse et méthodologie………...…………………………………………………67 b) Résultats et leur analyse …………………………...……………………………………………….70 2.3.4) Test de rayure …………………………………………..…………………………………………...............71
a) Protocole d’analyse et méthodologie………………………...………………………………...71 b) Résultats et leur analyse …………………………...……………………………………………….72
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3] MON STAGE DANS UNE PERSPECTIVE DE FORMATION…………………………………………………………………………………………………78 3.1) Un apprentissage formateur………………………………………...……………78 3.1.1) Connaissances acquises………………………………………………..…………………………………78 3.1.2) Relations humaines…………………………………………………………………….…………………..79 3.2) Bénéfices du stage ………………………………………….……………………………….80 3.2.1) Liens avec notre cursus……………………………………………………………...…………………...80 3.2.2) Découverte de soi…………………………………………………………………………………………...81
CONCLUSION………………………………………………………………………………………………………..…83
BIBLIOGRAPHIE…………………………………………………………………………………………………..…84
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TABLE DES FIGURES
Figure 1 : site ELKO à Åmot, Norvège……………………………………………………………………….12 Figure 2 : localisation de l’usine ELKO………………………………………………………………………12 Figure 3 : exemple de matériel produit chez ELKO…………………………………………………....13 Figure 4 : zone de moulage, presse à injecter équipée d’un robot assurant toute la manipulation des pièces moulées de l’ouverture du moule à leur rangement en caisses………………………………………………………………………………………………………………..13 Figure 5 : zone d’assemblage et d’emballage……………………………………………………………..13 Figure 6 : ELKO à travers le monde…………………………………………………………………………..14 Figure 7 :organigramme de ELKO-‐AS………………………………………………………………………..15 Figure 8 : hiérarchie chez ELKO………………………………………………………………………………..20 Figure 9 : processus de production……………………………………………………………………………21 Figure 10 : environnement du robot six axes…………………………………………………………….22 Figure 11 : implantation de l’installation…………………………………………………………………..23 Figure 12 : exemple d’outils et pièces existants………………………………………………………....24 Figure 13 : méthode des 5M pour la recherche des causes du problème……………………..30 Figure14 :diagramme bête à corne…………………………………………………………………………....31 Figure 15 : diagramme « pieuvre» du système de fixation /changement des outils du côté « H »…………………………………………………………………………………………………………….32 Figure 16: tri croisé pour la recherche de solutions du côté « H »……………………………….33 Figure 17: diagramme FAST du préhenseur de prise de pièces dans le moule ( côté « H »)………………………………………………………………………………………………....................34 Figure 18 : diagramme pieuvre du système côté « S »………………………………………………...35 Figure 19 : tri croisé appliqué à la conception du système de fixation du côté « S »…….36 Figure 20 : Diagramme FAST du préhenseur de reprise de pièces sur la station intermédiaire et de dépose dans les boites( côté « S »)……………………………………………....37 Figures 21 : principe du système de fixation d’outil actuel à modifier ( côté « S »).....................................................................................................................3, Annexe1 Figures 22 : principe du système de fixation d’outil actuel à modifier ( côté « H »)…………………………………………………………………………………………….… 3, Annexe1 Figure 23 : détail de l’aimant utilisable pour la première piste de solution……..4, Annexe1 Figure 24 : détail du vérin pneumatique rotatif utilisable pour la première piste de solution………………………………………………………………………………………………………5, Annexe1 Figures 25 : détail du montage du système de fixation utilisant un aimant pour la première piste de solution…………………………………………………………………………...6, Annexe1 Figure 26 : schéma du protocole de fonctionnement du robot……………………….7, Annexe1 Figure 27 : barrette électromagnétique………………………………………………………...8, Annexe1 Figure 28 : détail de la modification de la première piste de solution……………..8, Annexe1 Figure 29 : vue d’ensemble de la deuxième piste de solution…………………………9, Annexe1 Figure 30 : principe de fixation par blocage du support des outils ( troisième piste de solution)……………………………………………………………………... 9, Annexe1
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Figure 31 continuation de la figure 30 : principe de fixation par blocage du support des outils( troisième piste de solution)………………………………………………………..…..10, Annexe 1 Figure 32 : vue d’ensemble de la variante de la troisième solution………………10, Annexe 1 Figure 33 : vue d’ensemble de la quatrième solution…………………………………..11, Annexe 1 Figure 34 : détail du système de fixation actuel du côté « S »……………………………………...38 Figure 35 : détail du système de fixation actuel du côté « H »……………………………………..39 Figure 36 : détail du principe de fixation des outils du côté « S »………………………………...40 Figure 37 : schéma du protocole de fonctionnement du robot……………………………………42 Figure 38 : exemple d’ensemble outil /plaque polaire………………………………………………..42 Figures 39 : détail du système de transfert du vide du robot vers les outils du côté « S », réalisation du système de fixation d’outils du côté « S »……………………………………………..43 Figure 40 : deuxième détail du système de transfert du vide du robot vers les outils du côté « S »…………………………………………………………………………………………………………………44 Figure 41 : exemple du réseau de canaux internes de vide équipant un outil (vue en coupe dans l’épaisseur)…………………………………………………………………………………………...45 Figures 42 : système de fixation existant du côté « H » avant la conception de mon système…………………………………………………………………………………………………………………..46 Figure 43 : détail du nouveau système de fixation d’outils du côté « H » que j’ai conçu.47 Figure 44 :exemple du réseau de canaux internes de vide équipant un outil côté « H) ( vue en coupe dans l’épaisseur)……………………………………………………………………………...48 Figures 45 : exemple d’outils produits ……………………………………………………………………..52 Figures 46 : pièces plastiques utilisées pour les essais………………………………………………52 Figure 47 : disposition dans le moule des pièces utilisées pour les essais…………………..53 Figures 48 : protocole de réagencement des pièces manipulées………………………………...54 Figure 49 : station intermédiaire à géométrie variable pour le réagencement des pièces………………………………………………………………………………………………………………..55 Figure 49 continuation : station intermédiaire à géométrie variable pour le réagencement des pièces………………………………………………………………………………………….55 Figure 50 : outils obtenus pour la préhension des pièces plastique…………………………….56 Figures 51 : dispositif d’essais…………………………………………………………………………………..57 Figure 52 : environnement du robot de production…………………………………………………...58 Figure 53 : environnement du robot d’essai……………………………………………………………...58 Figures 54 : étapes de fonctionnement du robot d’essais …………………………………………..59 Figures 54 continuation : étapes de fonctionnement du robot d’essais……………………….60 Figure 55 : télécommande d’exploitation du programme que j’ai mis au point……………61 Figure 56 : essai de changement d’outil du côté « S » et son chronométrage……………….62 Figure 57 : essai de changement d’outil du côté « H » et son chronométrage………………… Figure 58 : chronométrage du changement d’outils de vieille génération sur le robot production par un opérateur …………………………………………………………………………………..63 Figure 59 : essais avec d’autres types d’outils…………………………………………………………...63 Figure 60 :sacs d’ABS pré-‐colorés reçu……………………………………………………………………..64 Figure 61 : pièce moulée avec cet ABS : mise en plan en annexe 7 bis………………………...64 Figure 62 : spectrophotomètre……………………………………………………………………………...…65
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Figure 63 : résultats obtenus………………………………………………………………………………….…66 Figure 64 : machine de test de tenue aux U.V……………………………………………………………..67 Figure 65 : représentation en trois dimensions du système CIElab…………………………......69 Figure 66 : tracé de Δb en fonction du temps d’exposition en heures…………………....….....70 Figure 67 : tracé de ΔE en fonction du temps d’exposition en heures…………………………..71 Figure 68 : topographie des différentes rayures observée par microscopie interférométrique confocal ………………………………………………………………………………….….. 72 Figures 68 continuation : topographie des différentes rayures observée par microscopie interférométrique confocal……………………………………………………………………………….....… ..73 Figure 68 continuation : topographie des différentes rayures observée par microscopie interférométrique confocal……………………………………………………………………………………….74 Figure 69 : relevé des largeurs de chaque sillon de rayures ainsi que des forces normales et tangentielles pour chaque rayures………………………………………………………………………...74 Figure 70 : tracé de la force normale appliquée pour chaque rayure …………………………..75 Figure 71 : tracé de la force tangentielle relevée pour chaque rayure ainsi que de sa dispersion ……………………………………………………………………………………………………………….75 Figure 72 : tracé du coefficient de frottement apparent pour chaque rayure ………………75 Figure 73 : tracé des valeurs de largeur des sillons résiduels en fonction de la force normale appliquée pendant les essais de rayure effectué sur l’échantillon d’ABS. Un fit exponentiel a été réalisé , ce qui permet d’identifier le domaine plastique. Ce domaine correspond aux ponts sur la courbe qui vérifient la loi f(x)=a*x^(1/2) conformément au modèle proposé par Lafaye et al en 2008 ……….....…………………………………………...……..77
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INTRODUCTION
Le stage de 20 semaines que j’ai suivi à l’issue de ma troisième année d’études à
l’INSA de Strasbourg est mon projet de fin d’étude. Effectué chez Elko AS sur le site de Åmot en Norvège, il m’a permis dans un premier temps d’approfondir mes connaissances dans le domaine du fonctionnement d’une entreprise et par la suite d’en tirer une analyse globale me permettant de découvrir les méthodes utilisées en entreprise afin d’appréhender au mieux un problème industriel. De plus, j’ai pu établir une méthodologie d’analyses et de résolutions des problèmes industriels en tentant de résoudre celui qui m’a été confié et en effectuant une analyse rapprochée des exemples qui m’ont été présentés.
Par la suite, j’ai du exposer un choix raisonné de solutions avant qu’elles soient validées et que je puisse les mettre en œuvre. Cette dernière phase se présente comme une étape nouvelle dans mon apprentissage illustré par les stages au cours de ma formation d’ingénieur.
Enfin, l’évocation des connaissances acquises sur le plan technique autant qu’humain m’a conduit à mettre en parallèle le travail de ce stage et mon cursus scolaire et à saisir l’intérêt et les bénéfices apportés par un stage effectué dans une entreprise remarquable dans ses objectifs comme dans son fonctionnement. Ce stage a été l’occasion d’appliquer l’ensemble des notions que j’ai pu apprendre lors de mon cursus à l’INSA de Strasbourg afin d’effectuer une sorte d’essai de notre futur métier d’ingénieur.
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1] ELKO AS 1.1) Présentation générale 1.1.1) L’entreprise dans sa globalité Ce stage se déroule au sein de l’entreprise ELKO AS-‐Groupe Schneider, spécialisée dans la fabrication de matériels électriques tel que les prises électriques, les contacteurs, les disjoncteurs, les interrupteurs ainsi que certain systèmes de domotique. ELKO est à l’heure actuelle le leader en Scandinavie du marché des dispositifs électriques industriels ou domestiques. Plus précisément cette entreprise s’est imposée comme une des plus importantes et des plus influentes dans ce domaine d’activité. Cette société, employant 96 personnes, se situe à Åmot, une petite ville à 70 km au sud ouest d’Oslo.
Figure 1 : site ELKO à Åmot, Norvège
Figure 2 : localisation de l’usine ELKO
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Le siège social de cette entreprise se trouve à Oslo. La société ELKO s’est spécialisée au cours du temps dans de nombreux domaines : elle propose une gamme complète d’équipements pour les installations électriques industrielles ou domestiques. Cette gamme comporte deux sous-‐games : Elko RS et Elko Plus. La dernière correspondant à une gamme premium offrant des produits plus perfectionnés confectionnés dans des matériaux plus nobles.
Toutes les pièces composant les prises, disjoncteurs, interrupteurs et boitiers électriques sont conçus puis moulés dans différentes matières plastiques sur le site de Amot. Pour ce qui est des composants métalliques comme les contacts électriques ou comme les capots de certaines prises électriques, leur fabrication est assurée dans un autre site en Norvège. Cependant leur assemblage se fait toujours sur le site de Amot.
Toutes les pièces moulées sortent d’une zone de moulage équipée de plusieurs presses à injecter ( dont l’approvisionnement et la manipulation des pièces qui en sortent sont totalement automatisés) et sont alors acheminées vers une zone d’assemblage et d’emballage. Ces dernières tâches sont majoritairement automatisées.
Figure 4 : zone de moulage, presse à injecter équipée d’un robot assurant toute la manipulation des pièces moulées de l’ouverture du moule à leur rangement en caisses.
Figure 5 : zone d’assemblage et d’emballage
Figure 3 : exemple de matériel produit chez ELKO
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Les études et expérimentations visant à mettre en oeuvre certaines machines et systèmes équipant l’usine sont faites par les soins de l’entreprise afin de leur garantir une certaine autonomie et ainsi leur permettre d’optimiser leur réactivité en fonction des demandes et des imprévus.
1.1.2) ELKO en quelques chiffres
• 1945 – ELKO AS est fondée à Oslo en Novège • 1970 – Une usine est établie à Åmot en Norvège • 1999 - ELKO devient une filiale de Schneider Electric • Etendue des départements
• Montage: 7200 m² • Distribution : 3645 m²
• Nombre d’employés: 96 • Working hours
• 1 - 2 changements pour l’assemblage • 2 + 1 changements dans le département de moulage
• Certifications • ISO 9001, ISO 14001 & OHSAS 18001
• Ventes 2014: • 340 MNOK (39 MEUR)
• Volumes 2014 • Pièces en plastique: 56.3 millions de pièces • Pièces matricées: 60.2 millions de pièces • Intérupteurs: 2.4 millions pièces • Export: 7.1 millions de pièces • Boitiers: 0.5 million de pièces • Domotique, télécommandes : 0.4 million de pièces
Figure 6 : ELKO à travers le monde
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1.2) Structure globale L’entreprise ELKO est organisé en neuf pôles : • bureau d’études mécaniques : conception de certaines machines de production •réalisation : assemblage des machine dans l’atelier
•automatisme : conception des programmes d’automates ainsi que des schéma de câblage •qualité : assurer le bon fonctionnement des robots après le montage et contrôle de la qualité des produits réalisés dans l’usine •assistance clientèle : interventions chez les clients •commercial : recherche de contracts chez les clients •achats : négociations et achats de matériel •comptabilité : gestion des comptes sociétaires
Figure 7 :organigramme de ELKO-‐AS
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1.2.1) Ses principaux clients Les principaux clients de l’entreprise ELKO sont l’ensemble des magasins détaillants de produits électriques pour les constructions et des grossistes de dispositifs électriques ainsi que de domotique en scandinavie. En effet, ELKO-‐AS se place actuellement en leader de la production et du commerce de matériel électrique en Norvège, en Suède et au Danemark. 1.2.2) Partenaires L’entreprise ELKO ne possède pas de partenaires permanents mais crée des partenariats au « coup par coup » lorsqu’elle a besoin de compétences particulières dans certaines affaires qu’elle traite avec ses clients. Par exemple, une entreprise de fonderie d’or, de la région de Amot à été un de ses partenaires dans la confection de prises et interrupteurs électriques revêtus d’or pour la rénovation du palais royal d’Oslo. 1.2.3) Une entreprise différente L’entreprise ELKO comporte deux pôles distincts : -‐la production, département dans lequel la réalisation l’emballage et l’expédition des produits moulés et montés dans l’usine est assurée. Ce département fonctionne avec des technologies issues du département étude/méthode. -‐le département étude/ méthode met au point, perfectionne et entretient en permanence les systèmes technologiques et robotiques assurant la production et la manipulation des produits. C’est dans ce département que j’ai travaillé. Son processus de production relève de la méthode Kanban mais le département étude méthode relève d’une toute autre méthode : Dans le cas d’une nécessité interne d’un lancement d’étude afin de confectionner une nouvelle installation pour équiper la zone de production le processus est le même que si un client demande une étude afin de produire une pièce spéciale dont le moule et le système de préhension ne serait pas directement disponible chez ELKO : Un client ou le directeur de l’entreprise (assisté d’une commission d’études) propose une étude transmise au chef du bureau d’étude. Celui-‐ ci confie le travail aux services concernés. Les membres du bureau d’étude en étudient la réalisation avec des ingénieurs et des techniciens spécialisés. Ensuite, une étude d’avant projet est lancée afin de proposer dans un premier temps plusieurs solutions au client. Un devis ainsi qu’un délai de réalisation peuvent alors être évalués.
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Une fois le projet accepté, un chargé d’affaire est nommé pour le suivi de son déroulement jusqu’à la livraison chez le client. Il va alors, en concertation avec les différents services et le client, déterminer un cahier des charges, lancer une étude et après certaines modifications, lancer la production. Ensuite, le service achat va commander le matériel nécessaire et les éléments standards sont commandés , les systèmes spéciaux sont fabriqués sur le site puis l’ensemble des installations est monté dans l’atelier. Après certains réglages et certaines modifications, l’installation est expédiée chez le client. Elle sera accompagnée par une équipe de monteurs.
� Le service des ressources humaines embauche des personnes, sur le site internet d’ ELKO ainsi que sur des sites d’offres d’emplois en fonction des besoins de l’entreprise sur un projet défini qui peut ensuite évoluer vers d’autres projets différents. Les employés sont aussi recrutés de manière « globale » c’est à dire dans le but de s’adapter à différents projets. Une gestion prévisionnelle des ressources humaines est mise en place : il existe une gestion prévisionnelle des départs en retraite, des plans de formation annuels sont programmés pour les employés. De plus, des projets individuels sont mis en place lors des entretiens. La clarté des fonctions de chaque poste est garantie par la création de fiches de poste pour chaque nouveau contrat. Pour finir, le management de l’entreprise est basé sur le système de projets d’entreprise. � Le système de QSE s’applique à la hiérarchie autant qu’aux installations. (Des règles de qualité sont établies par la direction qui sont donc certifiées ISO, puis elles sont imposées aux différents services.
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1.3) L’entreprise et la sécurité 1.3.1) Méthode de formation
Il faut savoir tout d’abord qu’il n’y a que peu de risques professionnels car la majorité des postes sont en bureaux et peu de machines sont utilisées. Il y a essentiellement du montage. Chez ELKO, il n’y a pas de CHS, le rôle est rempli par la Direction de Production. Des actions de sensibilisation sont prévues la plupart du temps pour les personnes travaillant en atelier effectuant des tâches de manutention de charges lourdes ou d’autres tâches à risque.
Ainsi, dans ce cas, la formation pour la sécurité se fait de la manière suivante :
• Les formations (sensibilisations) obligatoires suivies par chaque nouvel
arrivant et les formations supplémentaires d’approfondissement et de formation aux premiers soins dans les différents laboratoires.
• Une organisation spécifique au sein de l’entreprise afin de s’assurer de la sécurité des installations et de prévenir les accidents.
Ainsi la sensibilisation à la sécurité se fait grâce à de fréquentes formations mais aussi à travers un système d’affichage dans chaque couloir permettant d’informer le personnel le plus directement possible. 1.3.2) Structure Pour les personnes embauchées chez ELKO, un parcours sécurité est planifié de telle sorte que la formation de chacun est une base solide. Toutes les personnes arrivant sur le site sont sensibilisées à la sécurité par une formation ayant pour but de leur faire prendre conscience des risques encourus. A cela s’ajoute un accueil sécurité dans l’installation où la personne travaille. Cela constitue une formation générale. Puis, selon le poste, chaque personne suit une formation spécifique complémentaire souvent encadrée par les employés les plus anciens. Mais aussi des étapes à respecter ont été prévues dans la sécurisation des installations et incluses dans la sensibilisation à la sécurité :
• Suppression du risque si possible • Utilisation de moyens de protection collectifs • Utilisation des moyens de protection individuels
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En plus de tout cela, des protocoles d’évacuation sont mis en place ainsi que des formations de sensibilisation aux pictogrammes et aux attitudes à adopter en cas d’accident. Pour finir, deux personnes volontaires reçoivent une formation de secourisme, renouvelée tous les ans, afin de garantir un secours rapide sur le site.
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2] CONTENU DU STAGE 2.1) Cadre général 2.1.1) Organigramme
L’organigramme d’ELKO suit une représentation classique où les membres du bureau d’étude ont le titre de technicien ou d’ingénieur. Les membres des services commerciaux/service après vente sont techniciens ou cadres.
Figure 8 : hiérarchie chez ELKO
2.1.2) L’équipe Mon stage PFE s’est déroulé au sein du bureau d’étude d’ELKO Norvège. Mon travail était d’aider l’équipe d’ingénieurs. J’ai du trouver des solutions théoriques et techniques aux problèmes qui m’ont été posés par l’équipe ayant dégagé une nouvelle problématique à traiter : réduire les temps de changement des outils sur un robot six axes et tester et analyser un nouveau plastique ABS.
L’aspect fonctionnel de mon poste se trouvait au cœur de la chaine de développement d’une étude, au niveau de la conception de solutions techniques en vue de leur réalisation qui constituera la naissance d’un prototype. De plus, mon travail m’a permis de me familiariser avec la recherche des comportements des matériaux, par le biais de la caractérisation et l’analyse d’ABS appuyée sur des tests d’UV et de rayures ce qui à apporté un côté purement théorique à mon stage. Avec ces deux aspects, technique et théorique, j’ai pu alors avoir une approche relativement complète du travail d’ingénieur. Les relations tissées lors de cette deuxième expérience professionnelle dans mon cursus à l’INSA de Strasbourg m’ont rappelé celles qui existent entre un enseignant et son élève.
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2.1.3) Processus de production Mon poste se situait au niveau de la conception de systèmes et les recherches de solutions techniques à des problèmes industriels étudiés par des ingénieurs. La direction de l’entreprise ainsi qu’une commission d’études ( composée de techniciens, experts, ingénieurs ) émet un projet d’étude, après examen, elle l’envoie au bureau d’étude où je travaillais pour développer un processus de recherche de solutions pouvant satisfaire cette demande. Une fois la solution technique trouvée, les plans sont transmis aux services assurant sa réalisation. Cependant, mon projet étant composé d’une partie concernant une étude scientifique de plastiques ABS, ce qui diffère d’une étude technique classique, le processus d’étude est le suivant : Après le choix de la nouvelle matière plastique, un plan d’étude est élaborée en concertation avec les demandeurs de l’étude (ici l’équipe qualité de ELKO) et la personne à laquelle a été confié le projet ( moi-‐même). Ensuite, les essais sont confiés à un laboratoire ayant le matériel adéquat. Pour finir une analyse des résultats est faite par mes soins.
Direction Bureau d’étude
Techniciens
IDEE D’ETUDE DEVELOPPEMENT DE L’ETUDE REALISATION TECHNIQUE
Figure 9 : processus de production
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2.2) Analyse de mon travail, première partie : reconception d’un système de fixation d’outils de préhension de pièces plastiques pour un robot six axes Historique du problème qui m’a été confié J’ai commencé le 9 février 2015 par une visite du site organisée par mon maitre de stage ainsi que les différents responsables des pôles de cette entreprise (Ressources Humaines, Marketing, Commercial…). Les personnes avec lesquelles j’ai du travailler et à qui je pouvais demander de l’aide m’ont été présentées. Après cela, j’ai pu bénéficier d’une petite formation aux règles de sécurité surtout celles à appliquer dans l’atelier et dans les zones de manutention. Durant la première semaine, j’ai plus précisément pris connaissance du travail que j’aurai à faire lors de mon stage. Pour une meilleure information, une réunion a été organisée. Les personnes présentes étaient les suivantes : Laurent Guéroux ( Plant Manager), Svein Leversby (Méthode/Maintenance), Knut Thomassen (Production), Anders Bjørkesett (Manager Qualité), Vegard Strandbråten (Methode/Electrotechnique/Automation). Lors de cette réunion, mes chefs, collaborateurs et moi-‐même avons pu discuter de la problématique à résoudre, faire connaissance, et mettre en place les limites et objectifs. Plus précisément, toutes les informations nécessaires au démarrage de mon travail m’ont été données. Cette partie de mon stage s’est articulée autour de la conception et de la réalisation d’un système de fixation et de changement d’outils de préhension de pièces en plastique (capots de prises électriques) équipant un robot six axes assurant l’extraction de ces pièces d’un presse à injecter ainsi que leur rangement dans des boites.
Outils de préhension
Presse à injecter
Robot
Figure 10: environnement du robot six axes
A B
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Cadre de l’étude :
Le robot comporte à l’extrémité de son bras deux systèmes de préhension des pièces moulées : au niveau du repère A sur la figure ci dessus nous trouvons le système d’outils à ventouse permettant de récupérer les pièces dans le moule et de les déposer sur la station intermédiaire. Ce système est appelé système côté « H ». Ensuite, au niveau du repère B sur la figure ci-‐dessus, nous trouvons le système côté « S » permettant la reprise des pièces au niveau de la station intermédiaire et leur dépose dans les boites de stockage. La raison de l’utilisation d’une station intermédiaire est la suivante : il n’est
B A Figure 11 : implantation de l’installation
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pas possible pour le robot de faire un mouvement direct qui va du moule aux boites de stockage car son environnement d’évolution présente des éléments qui obligeraient le robot à faire des mouvements qui lui sont impossibles. Ces systèmes d’outils sont interchangeables et nombreux. Il permettent la prise de nombreuses pièces en plastique constituant les prises électriques. Dans la figure suivante, nous pouvons observer quelques exemples d’outils ainsi que de pièces : Cependant, le changement de ces outils est long et nécessite d’arrêter le robot durant un temps non négligeable ce qui diminue le temps de production. Ainsi, il m’a été demandé de concevoir un système de changement d’outils beaucoup plus rapide ne nécessitant pas ou peu d’intervention humaine. En effet, jusqu’à maintenant les changements d’outils se faisaient par le biais du démontage et du remontage de plusieurs vis et par le débranchement et le rebranchement de tous les tuyaux de vide à chaque fois ce qui engendrait un grosse perte de temps. De plus, mon système devra comporter un système de de connexion de vide automatique, sans branchement/débranchement et sans intervention humaine. Alors, j’ai dans un premier temps effectué une analyse des temps de changement d’outils (démontage/montage) ainsi que de toutes les opérations effectuées par les techniciens lors des phases de changement d’outils. Notons tout d’abord que la phase de changement d’outil se fait en deux étapes :
_ le changement du moule ( démontage et remontage du nouveau moule ) Cette étape dure 20 minutes. A savoir qu’aucun problème n’a été rencontré lors de ce changement test. Ainsi cette manipulation peut bien évidement être plus longue. -le changement de l’outil :
Figure 12 : exemple d’outils et pièces existants
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Lors de mon observation, cette phase a duré 23 minutes. Dans ces 23 minutes, la phase de montage/ démontage pure avec tous les outils prêts sur l’établi ainsi que le nouvel outil prêt à être monté prend 4 minutes. Le temps total comprends les manipulations du robot pour l’amener au niveau de la table de travail ainsi que les
réglages, tests pour le passage du mode automatique au mode manuel afin de pouvoir manipuler le bras de robot comme souhaité. Nous pouvons noter qu’aucun problème de montage n’est survenu. Ainsi cette durée pourrait être revue à la hausse dans le cas contraire. De plus, l’outil monté était petit, avec un montage relativement aisé et équipé d’une seule fixation du coté H. Cela représente aussi une source de gain de temps, ainsi la durée du montage d’un outil « normal » pourrait être plus importante. Alors, pour plus de précision dans mon étude, j’ai décidé de chronométrer le changement d’un outil possédant une architecture compliquée, avec plusieurs vis de montage et plusieurs canalisations de vide à déconnecter : l’étape de montage/démontage pure dure alors 7 min.
Ces prises de notes me permettront d’avoir une idée du gain de temps à effectuer et de mettre en évidence les performances de mon système à la fin de mon étude.
Observations :
Un problème se pose dès le début de l’observation en ce qui concerne l’acheminement de l’air comprimé jusqu’à chaque outil. En effet, si nous optons pour une solution automatisée, le branchement d’arrivée d’air comprimé sur l’outil devra l’être aussi. En effet, il serait préférable d’éviter les branchements ainsi que les débranchement manuels des tuyaux acheminant l’air comprimé jusqu’à l’outil. Cela représente une perte de temps non négligeable.
De plus, l’opérateur doit vérifier les correspondances outils-‐pièces dans un tableau avant de les monter ce qui représente également une perte de temps. Avec une automatisation complète du système utilisant le repérage des outils par leur adresse, rangés dans des casiers, avec un robot qui vient les chercher, ces pertes de temps seront supprimées.
Enfin, j’ai remarqué que l’opérateur doit, une fois l’outil monté, faire de multiples vérifications, des rangements annexes, des allers-‐retours au bureau ainsi que des vérifications de feuilles de route. Une perte de temps est remarquable car avec un système automatisé, le robot aurait pu redémarrer son activité de transport et empilage de pièces pendant que l’opérateur est occupé à autre chose.
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ETUDE DES ETAPES DE FONCTIONNEMENT DU DISPOSITIF ROBOTISE:
ETAPE 1 : Le bras du robot est en attente en position haute pendant le moulage des pièces. (Le robot pourrait attendre plus près de la presse à injecter pour gagner du temps lors de la prise des pièces dans le moule) ETAPE 2 : Le bras du robot descend
ETAPE 3 : Le moule s’ouvre
ETAPE 4 : Entrée dans le moule. Le bras du robot passe entre les tiges de guidage du moule. Légère déviation du bras de robot mais il n’y a pas d’obstacles importants. Il se positionne au milieu de la course d’ouverte du moule. ETAPE 5 : Translation à droite du bras de robot pour aller au contact des pièces dans le moule.
ETAPE 6 : Activation du vide et des ventouses
ETAPE 7 : Translation à gauche du bras de robot. Retour à la position de mi-‐course d’ouverture du moule.
ETAPE 8 : Le bras du robot remonte. Passage par la position de l’étape 1, attente en position haute. ETAPE 8 bis : Le moule attends pour se refermer alors que le robot en est déjà sorti : anticiper la fermeture
ETAPE 9 : Rotation à droite du bout du bras de robot, rotation de la base du robot. L’outil côté « H » arrive à l’horizontale au niveau de la station intermédiaire. ETAPE 10 : Dépôt des pièces moulées sur la station intermédiaire.
ETAPE 11 : Retournement du robot pour passer au côté de préhension « S »
ETAPE 12 : Attente ( étape pouvant peut être supprimée pour optimiser l’efficacité du système)
ETAPE 13 : Levée du bout du bras du robot
ETAPE 14 : Rotation de l’extrémité du bras du robot , côté « S », arrivée en position verticale au contact des pièces sur la station intermédiaire ETAPE 15 : Le vide et les ventouses sont activés. Le temps d’attente est peut être trop long, il peut être réduit
Etapes simultanées, l’anticipation de la descente du bras pourrait être optimisée
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ETAPE 16 : Remontée du bras du robot, rotation à droite de sa base
ETAPE 17 : Descente du bras du robot
ETAPE 18 : Arrivée dans les caisses, coupure du vide, dépôt des pièces
ETAPE 19 : Retour à la position de départ. (Les trajectoires sont relativement complexes, à modifier si possible) Après ces phases d’analyse et de préparation, j’ai dégagé quelques perspectives de travail pour structurer l’avancée de mon étude. De plus mon projet a été également structuré à l’aide d’un emploi du temps. -‐TROUVER UNE SOLUTION TECHNOLOGIQUE A L’AIDE DE L’ANALYSE FONCTIONNELLE ET DE MES ANALYSE -‐> PROPOSER DEUX OU TROIS SOLUTIONS AFIN DE POUVOIR BALAYER LE PLUS DE POSSIBILITES TECHNIQUES POSSIBLES -‐CREER UN PROTOTYPE DE SYSTEME DE CHANGEMENT DOUTIL ADAPTABLE A TOUS LES TYPES D’OUTILS -‐ ASSISTER AU CHANGEMENT D’OUTILS ET COMPARER AVEC MON FUTUR PROTOTYPE : METTRE EN EVIDANCE MON GAIN DE TEMPS -‐FAIRE CELA AVEC TOUS LES OUTILS AU FUR ET A MESURE -‐REALISATION D’UN GABARIT SIMULANT LA FORME DE LA TETE DU ROBOT ET MONTAGE SUR LE ROBOT D’ESSAI SITUE EN BAS -‐IMPLANTER LE PROGRAMME EXISTANT SUR CE MEME ROBOT AFIN DE FAIRE DES TESTS ET DE MODIFIER LA PROGRAMMATION EN FONCTION DU NOUVEAU SYSTEME
-‐> POUVOIR FAIRE DES TESTS SANS ARRETER LA PRODUCTION ET AINSI POUVOIR AFFINER LES REGLAGES
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Ce projet avait deux impacts :
-‐ le premier, pour la société ELKO : être plus performante donc un gain de temps et d’argent -‐ le deuxième : trouver un système pouvant être adaptable à d’autre machines dans le but d’une recherche d’un gain d’autonomie des machines.
Ces premières analyses et réunions avec mes encadrants m’ont permis de cerner le travail que j’avais à faire. Ensuite il m’a été demandé de rassembler toutes mes premières questions afin de les poser aux différents membres de mon équipe encadrante lorsque j’aurai besoin de précisions. En effet, les personnes présentes à la réunion sont restées à ma disposition pour éclaircir les zones d’ombre au plus vite. Cette attention de la part de la direction a été très constructive pour moi.
Après cette découverte de mon projet, je du structurer mes axes de recherche de solutions et répartir mon temps pour les différentes tâches qui me restaient à accomplir.
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2.2.1) Démarche mentale
a) Reformulation du problème
Le but de ce projet est de gagner du temps sur un cycle de changement d’outils équipant un robot six axes extrayant les pièces plastiques moulées d’une presse à injecter et qui par la suite les range dans ses caisses. A partir de cette vue d’ensemble du problème (présentée dans les parties précédentes) , en faisant un « Brainstorming », j’ai ciblé les différentes composantes des problèmes qui m’ont été posés ainsi que leurs interactions avec l’ensemble de l’installation. En effet, la conception du système de fixation des outils sur le bras de robot sera impactée par plusieurs organes de l’installation. Ainsi j’ai du cibler les organes de l’installation entrant en jeu dans les problèmes à résoudre.
La presse à injecter : ses dimensions vont influencer directement le dimensionnement des outils de préhension de prise de pièces dans le moule. Il faudra adapter l’architecture de ce préhenseur à l’ouverture de la presse pour éviter toute collision et pour optimiser au mieux les trajectoires. Le système de fixation automatique des outils ainsi que chaque outil devront avoir une conception suffisamment rigide pour supporter l’accélération du bras de robot tout en étant assez léger (moins de 4 kilos selon le cahier des charges).
L’ensemble des systèmes de fixation côté « H » et côté « S » ainsi que chaque outil devront garantir une prise puis une dépose rapide mais précise des pièces dans le moule, sur la station intermédiaire ou dans les boites de rangement car aucune d’entre elles ne doit chuter lors de son déplacement.
La structure de l’installation (existante à l’extrémité du bras du robot) : il faudra s’y adapter pour pouvoir implanter correctement les systèmes de changement d’outil. Il faudra également s’adapter à l’architecture générale de l’installation pour garantir un bon déplacement des outils afin d’éviter les collisions tout en ayant des déplacements les plus courts possible pour gagner du temps. Des prises de mesure seront prévues. La partie automatisme : anticiper les mouvements au maximum sans engendrer des collisions. Une étude de l’automatisme avec l’automaticien est prévue ainsi que des essais. Le but est de garantir un mouvement précis et une bonne manipulation des outils montés sur mon nouveau système de fixation car l’encombrement du dispositif va changer par rapport au système existant.
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Le nouveau domaine d’étude : il faut être le plus performant possible dans un domaine qui est totalement nouveau pour moi. C’est pourquoi j’ai prévu de prendre contact avec toutes les personnes susceptibles de me donner les renseignements les plus précis en fonction de leur disponibilité. Ces personnes sont les suivantes :
�les autres membres du bureau d’étude pour m’informer sur les systèmes existants, sur les matériaux à utiliser et pour bénéficier de leur expérience. �l’automaticien de l’entreprise, Mr Vegard Strandbråten, pour me guider dans l’optimisation du programme d’exploitation de l’installation
b) Recherche des causes des problèmes
Pour la recherche des causes des problèmes auxquels je devais répondre, je me suis inspiré des notes prises dans le paragraphe précédent ainsi que de la méthode des 5M mettant en perspective l’impact des matières utilisées, du matériel, des méthodes suivies, du milieu fréquenté et de la main d’œuvre ( ici n’intervenant pas car je me suis intéressé à un système totalement automatisé) sur l’effet à éviter : ici la perte de temps lors du changement d’outils.
Figure 13 : méthode des 5M pour la recherche des causes
du problème
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Etude du système de fixation des outil du côté « H », côté prise dans le moule
Notons que le graphique correspondant au système de fixation des outils du côté « S » est quasiment le même à la simple différence que la presse à injecter n’est ni présente dans la catégorie Milieu ni dans la catégorie Matériel car ces outils ne sont pas en contact avec la presse à injecter. Ils vont servir à récupérer les pièces sur la station intermédiaire puis à les déposer dans les bacs de rangement.
Après avoir ciblé les causes des problèmes je les ai listé afin de concevoir au mieux mes systèmes de fixation d’outils:
� Matériaux constituant le système trop lourds �Intervention manuelle des opérateurs �Système de branchement de vide sur chaque outil non automatique �Nécessité d’arrêter le robot et de le manipuler pour l’amener jusqu’à la zone de changement d’outil � Risque de collision entre l’ensemble outils/système de fixation et le moule ou tout autre élément de l’entourage du robot �Manque de puissance électrique ou de vide
Après ce travail, avant de me lancer dans la recherche de solutions techniques j’ai décidé de planifier mon travail sur l’intégralité de la durée de mon stage afin de rester dans les temps.
c) Construction et choix des solutions
Pour mener à bien cette partie de ma réflexion, j’ai appliqué une méthode courante que nous utilisons dans notre cursus à l’INSA : l’analyse fonctionnelle. Ainsi, j’ai commencé cette analyse par l’élaboration d’un diagramme de type « bête à corne » pour mieux cerner la place de mon projet dans l’affaire en cours.
Figure14 :diagramme bête à corne
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L’étape suivante, a consisté à cerner le besoin de ce projet : Pourquoi ce besoin existe-‐il ? � Pour être plus compétitif (pour l’entreprise ELKO) et surtout pour un gain de temps donc d’argent. �Eviter l’intervention humaine Pour quoi ce besoin existe-‐il ? � Pour répondre à la demande d’un gain de compétitivité/de temps � Pour être plus performant sur un marché Quel élément peut le faire disparaître ? � Une disparition des équipements électriques traditionnels � Une très forte décroissance du marché des produits électriques (prises électriques, interrupteurs…) � Une mauvaise efficacité/compétitivité du système � La création d’une nouvelle méthode de moulage/ démoulage des pièces ne nécessitant pas leur manipulation/transport Dans sa forme actuelle, le besoin est-‐il validé ? � Oui car il y a peu de chance de voir disparaître la production de matériels électriques d’ici les dix prochaines années. De plus, la demande concernant ce type de produits sera toujours plus ou moins constante car les produits électriques tels que les prises sont indispensables dans la construction de logements ainsi que dans le cas de la garantie de la sécurité face aux dangers électriques. Après avoir ciblé le besoin, je me suis d’abord intéressé au système de fixation des outils du côté « H », côté de prise dans le moule et de dépose sur la station intermédiaire. Ainsi, dans le but de caractériser les fonctions de cette étude, le premier élément d’étude est l’élaboration d’un diagramme pieuvre.
Figure 15 : diagramme « pieuvre» du système de fixation /changement des outils du côté « H »
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Elaboration de la fonction principale et des fonctions contraintes : FP : fixer, changer les outils le plus rapidement FC1 : Ne pas polluer un environnement propre et fréquenté par du personnel FC2 : Résister aux conditions d’utilisation FC3 : S’adapter à l’énergie disponible FC4 : Adapter le système à la station de dépose intermédiaire (compatibilité des technologies) et au moule (encombrement) FC5 : Faire un système facilement programmable FC6 : Avoir une architecture compatible FC7 : Avoir un montage et un réglage aisé
Tri croisé
Interprétation : Grâce aux outils présentés ci avant, j’ai ciblé les fonctions les plus déterminantes lors de l’élaboration de ce premier système : Les fonctions FC6 et FC4
Figures 16 : tri croisé pour la recherche de solutions du côté « H »
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Ensuite, grâce à l’élaboration d’un diagramme FAST, en listant les différentes manières de répondre aux problèmes que je dois résoudre, j’ai obtenu différentes pistes de solutions technologiques.
Figure 17: diagramme FAST du préhenseur de prise de pièces dans le moule ( côté « H »)
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Etude du système de fixation des outil du côté « S », côté reprise sur station intermédiaire et empilage dans les caisses L’étude de ce système est très similaire à celle menée pour le premier seuls le diagramme pieuvre, le diagramme FAST ainsi que le tableau du tri croisé varient légèrement.
Elaboration de la fonction principale et des fonctions contraintes : FP : fixer, changer les outils le plus rapidement FC1 : Ne pas polluer un environnement propre et fréquenté par du personnel FC2 : Résister aux conditions d’utilisations FC3 : S’adapter à l’énergie disponible FC4 : Adapter le système à la station de dépose intermédiaire (compatibilité des technologies) et aux caisses (encombrement) FC5 : Faire un système facilement programmable FC6 : Avoir une architecture compatible FC7 : Avoir un montage et un réglage aisé
Figure 18 : diagramme pieuvre du système côté « S »
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Interprétation : Grâce aux outils présentés ci avant, j’ai ciblé les fonctions les plus déterminantes lors de l’élaboration de ce premier système : Les fonctions FC6 et FC4
Figures 19 : tri croisé appliqué à la conception du système de fixation du côté « S »
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Elaboration du diagramme FAST :
Le diagramme FAST ne diffère pas beaucoup de celui élaboré pour le côté « H » car les objectifs sont les mêmes, seuls les éléments intervenant dans l’entourage du préhenseur du côté « S » changent. En effet, ce système n’interfère plus avec le moule et la station intermédiaire mais avec les caisses de rangement et la station intermédiaire. Il faudra que l’encombrement du système de fixation du côté « S » permette de rentrer dans les caisses et de ranger au moins le même nombre de pièces qu’à présent. L’écartement des ventouses devra rester le même que sur les outils déjà existants.
Figure 20 : diagramme FAST du préhenseur de reprise de pièces sur la station intermédiaire et de dépose dans les boites ( côté « S »)
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d) Choix et modélisation des solutions technologiques
Le choix des solutions s’est appuyé entre autre sur Le guide du Dessinateur Industriel (Repère 1, Tables des bibliographies) Afin de décrire au mieux les solutions adoptées, je vais pour chaque système, cibler les différentes fonctions à assurer et leur associer la solution technologique retenue. Chacune d’entre elles sera modélisée à l’aide du logiciel SolidWorks et un plan détaillé sera édité pour pouvoir lancer la production des prototypes. Ces plans détaillés ont été réalisés par mes soins et sont présentés en annexe. Je diviserai la description des solutions techniques en deux parties : une pour le le système du côté « H », une autre pour le système du côté « S ». Cependant, avant de différencier les solutions du côté « H » et « S » j’ai cherché, à l’aide de l’analyse fonctionnelle présentée dans les parties précédentes cinq solutions de principe de fixation rapide des outils pour les présenter à mon maître stage ainsi qu’à l’équipe qui m’encadrait. Le but de chercher dans un premier temps plusieurs solutions de système de fixation est de pouvoir balayer le plus possible de possibilités de solutions technologiques sans se précipiter sur une seule et passer à côté de systèmes pouvant être plus performant. Ainsi après une présentation de ces solutions à mon équipe encadrante lors de réunions, la plus performante sera retenue. Dans les lignes suivantes sera présentée la solution retenue pour la réalisation du projet parmi cinq proposées. Les quatre autres solutions technologiques sont présentées dans l’annexe 1 du recueil d’annexes. Les figures 21 à 33 sont présentent dans cette annexe. Le système de fixation actuel, que je dois reconcevoir, fonctionne de la manière suivante : -‐Côté « S » : -‐
Figure 34 : détail du système de fixation actuel du côté « S »
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Côté « H » :
L’extrémité du bras de robot doit être équipée d’un système automatique de fixation compatible avec les différents outils. La solution retenue s’adaptera aussi bien au côté « H » qu’au côté « S ».
Figure 35 : détail du système de fixation actuel du côté « H »
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Solution retenue Cette solution est la solution qui a été retenue après présentation lors d’une réunion que j’ai eu avec mon maître de stage ainsi que les autres membres du Département Méthode et Conception. Ainsi ce système sera plus détaillé. Les explications concernant les autres systèmes de fixation présentés jusqu’à maintenant ont été exposés afin de mettre en perspective mon cheminement de recherche de solutions technologiques qui a abouti au système qui sera présenté dans les parties suivantes de mon rapport. Grâce à une réunion avec mes encadrants, j’ai pu faire le point sur les premières recherches technologiques que j’ai effectuées. Ainsi, je leur ai présenté l’ensemble de mes travaux modélisés à l’aide du logiciel Solidworks afin qu’ils aient une vision la plus précise possible de mes propositions de solution. Alors, en analysant les avis et idées de chacun et en prenant en compte de nouveaux paramètres techniques qui m’ont été communiqués, j’ai pu affiner mes recherches et les recentrer dans le but de répondre aux mieux et au plus vite aux besoins de la société Elko. J’ai donc recentré mon étude et ainsi reconçu les systèmes de préhension d’outil. Les solutions détaillées précédemment ont été remplacées par celles présentées dans les lignes suivantes essentiellement dans un soucis d’encombrement et d’automatisation qui pourra être total dans le cas de ce nouveau système. De plus, dans ce système la fixation des outils utilise la puissance électrique ce qui permet de ne pas puiser dans la puissance du vide qui, elle doit être la plus importante possible pour la préhension des pièces par les ventouses. Il est préférable de réserver la totalité de cette puissance à préhension par ventouses des pièces moulées. Ce système de fixation et changement rapide des outils est basée sur un système de maintien par la force magnétique d’électroaimants. Pour le côté « S », côté de reprise au niveau de la station de dépose intermédiaire et rangement dans les caisses, le fonctionnement est basé sur le principe suivant :
Figure 36 : détail du principe de fixation des outils du côté « S »
A
A
1 2
1
3
Aimant
2 4
5
Ventouses
41
un support en aluminium (pièce 1, figure 36) équipé d’un électroaimant ( fixé par un système de collier dans le support) (pièce 2, figure 36) et d’une connexion pour le transfert du vide ( repère 5, figure 36) vers les ventouses des outils, sera fixé au bout du bras du robot. Ces électroaimants sont cylindriques ( diamètre 30mm, longueur 45 mm) et alimentés par une source de courant électrique de 24 Volt. Ces aimant seront commandés chez l’entreprise LUXALP en Haute Savoie, et ont pour référence 30VE 24B. Une fiche technique correspondant à ces aimant est disponible en annexe 1 bis. L’aimantation est permanente lorsque le courant électrique ne le sollicite pas, pour couper cette aimantation il suffit d’alimenter l’aimant en courant électrique. Ce type de fonctionnement est très important pour un tel système de fixation d’outils car en cas de coupure de courant, l’outil restera fixé sur le robot. L’opérateur n’aura qu’à approcher l’outil de ce système de fixation et cet outil sera automatiquement attiré et fixé au bout du bras du robot. Pour le désolidariser de l’extrémité du robot, l’opérateur devra simplement enclencher le courant électrique pour couper l’aimantation de l’électroaimant et ainsi libérer l’outil utilisé. Cependant, un système totalement automatisé de montage/démontage/choix de l’outil peut être utilisé, comme dans les solutions présentées précédemment : Protocole de fonctionnement : Tous les outils seront rangés dans des casiers (comme sur la figure page suivante) et auront une adresse A1,A2,A3…B1,B2…
42
Le robot devra être programmé pour arriver à la bonne adresse et saisir l’outil désiré. Quand le robot sera au dessus de l’adresse de l’outil choisi, l’aimant attirera l’outil qui viendra se fixer à l’extrémité du bras du robot. Quand le travail avec l’outil choisi sera terminé, le courant électrique sera activé au dessus du casier correspondant à l’adresse de l’outil. La magnétisation sera coupée et l’outil sera redéposé dans son casier en attendant une future utilisation. Le protocole sera réitéré pour l’outil suivant. Revenons au fonctionnement du système d’aimantation : chaque outil en aluminium sera équipé d’une plaque polaire permettant l’aimantation. Une plaque polaire est un disque de 36mm de diamètre et d’une épaisseur de 4mm usiné dans une matière métallique magnétique, qui sera vissé au centre de chaque outil, dans la cavité 4, figure 36. Cette pièce alors solidaire de l’outil permettra la fixation par aimantation de l’outil au bout du bras du robot. La fiche technique de cette pièce est disponible en annexe 2. Cette plaque polaire, une fois fixée dans l’outil sera légèrement en retrait de la surface de l’outil ( cf repère γ figure 40) ce qui permettra que l’aimant s’emboite dans la cavité 4 de la figure 36.
Figure 38 : exemple d’ensemble outil /plaque polaire
Plaque polaire vissée dans l’outil (repère 4 figure 36)
Figure 37 : schéma du protocole de fonctionnement du robot
43
Cet emboitement aimant/cavité permettra de centrer l’outil par rapport au support comportant l’aimant. Son arrêt en rotation sera quant à lui assuré par l’emboîtement du téton de connexion du vide (fixé sur le support de l’aimant) ,repère Ω, figure 39 dans la cavité correspondante dans l’outil (cf figure 39). Ce téton sera vissé dans le support et équipé d’un joint torique (plan en annexe 3) La description du système de transfert du vide est détaillée dans les lignes suivantes. Transfert du vide :
Electroaimant
Connexion du vide vers l’outil : l’outil comporte une cavité
Support, fixé sur le robot
Aimant
Outil de préhension des pièces dans le moule
Alimentation en vide
Ω
Cavité sur l’outil accueillant la connexion de vide
Figures 39 : détail du système de transfert du vide du robot vers les outils du côté « S », réalisation du système de fixation d’outils du côté « S »
Support, fixé sur le robot
44
(Notons cependant que sur la figure précédente, l’outil est en plastique et non en aluminium car cet outil n’était qu’un modèle expérimental.)
Lors de la prise de l’outil désiré, le support de l’électroaimant étant proche de l’outil, l’attraction permanente de l’électroaimant ( tant qu’il n’est pas sollicité par la puissance électrique ) attire cet outil qui vient s’emboiter sur la partie l’électroaimant qui dépasse de son support. De plus, en même temps, pour assurer la transmission du vide entre le robot et l’outil, le téton de connexion de vide (cf figure 40) solidaire du support fixé sur le robot, va s’emboiter dans un trou de connexion pour le transfert du vide dans l’outil. Ainsi, le vide, acheminé au téton solidaire du support de l’aimant, sera transmis à l’outil par la connexion présentée ci-‐dessus. L’étanchéité sera assurée par un joint torique ( repère Ω, figure 39). Ensuite, le transfert du vide vers les différentes ventouses de l’outil sera assuré par un réseau de canaux internes. Ceci est illustré dans la figure suivante reprenant la mise en plan utilisée lors de conception d’un des outils.
Figure 40 : deuxième détail du système de transfert du vide du robot vers les outils du côté « S »
45
Notons également que j’ai du usiner les pièces constituant ce prototype, ce qui a occupé une partie de mon temps. De plus, lors de la conception de ce système, j’ai cherché à créer le dispositif le plus léger possible. Il me reste alors à adapter ce système aux 13 autres outils.
Figure 41 : exemple du réseau de canaux internes de vide équipant un outil (vue en coupe dans l’épaisseur)
Trous filetés pour la fixation des ventouses
Canaux de vide
Trou de connexion du vide
Cavité de fixation des plaques polaires
46
Solution équipant le côté « H » Dans ce cas, la fixation se fera par quatre points d’encrage dans un soucis d’encombrement mais utilisera le même principe de fixation que celui présenté pour le côté « S ». Quatre systèmes seront disposés dans les angles d’un carré de 130mm de côté. Une zone vide au centre sera conservée pour permettre le passage des moulages des évents lors du démoulage.
Emplacement des quatre systèmes
Figures 42 : système de fixation existant du côté « H » avant la conception de mon système
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Nouveau système de fixation utilisant quatre aimants :
Figure 43 : détail du nouveau système de fixation d’outils du côté « H » que j’ai conçu
1
2
2
3
3 4
5
Vis de fixation sur le robot
Electroaimant
6
Vis de pression
48
Ce nouveau système de fixation des outils du coté « H » suit le même principe que celui utilisé du côté « S ». En effet il utilise toujours le système d’aimantation de l’outil par le biais de plaques polaires. Cependant, contrairement au côté « S », il y a quatre aimants et quatre connexions de vide car les outils utilisés sont plus volumineux ou nécessitent dans certains cas plusieurs points de prise avec des écartements plus importants. Lors de la prise d’un outil ( repère 1, figure 43), lors de l’approche du système par rapport à l’outil, au moment du contact outil/aimant, chaque aimant ( repère 3, figure 43) des quatre points de fixation vont attirer et maintenir l’outil grâce à l’aimantation des quatre plaques polaires vissées dans les quatre cavités ( repère 6, figure 43). L’outil sera alors maintenu. La connexion du vide entre le système de fixation et l’outil se fera de la même façon que dans le cas du fonctionnement du dispositif équipant le côté « S » : chaque téton de connexion ( repère 5, figure 43) chacun solidaire d’un des supports (repère 2, figure 43, plan en annexe 4) fixé sur le robot , va s’emboiter dans un trou de connexion pour le transfert du vide dans l’outil. Ainsi, le vide, acheminé au téton solidaire du support de l’aimant, sera transmis à l’outil par la connexion présentée ci-‐dessus. L’étanchéité sera assurée, par un joint torique monté dans la gorge prévue à cet effet ( cf annexe 3). Les supports ( 2, figure 43) maintiennent les aimants grâce à un ajustement légèrement serré, des vis de pression ainsi que des trous d’indexage. Pour la distribution du vide dans les outils, cela se fait de la même manière que pour le côté « S », les quatre trous de connexion accueillant les tétons correspondent avec un réseau de canaux internes aux outils. Ces canaux alimentent alors les différentes ventouses.
Ainsi, du côté « H » il y aura quatre points de fixation et quatre connexions de vide. En effet, dans le moule de la presse à injecter, les pièces peuvent être positionnées dans une empreinte de 200mm de côté. Ainsi il faudra adapter les points d’encrage des différents outils afin de saisir les pièces au bon endroit.
Figure 44 :exemple du réseau de canaux internes de vide équipant un outil côté « H) ( vue en coupe dans l’épaisseur)
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e ) Protocole de conception des outils Protocole de conception du système de fixation rapide : La première étape, avant tout calcul ou conception est une phase d’observation du système. Plus précisément il est important d’observer précisément l’évolution du fonctionnement du robot lors de plusieurs cycles. Ceci est utile pour avoir une idée de l’interaction du robot et du système à concevoir avec son environnement proche ( zone de manœuvre libre, obstacles potentiels…) Une prise de note précise est nécessaire afin de fixer les premières impressions que nous avons lors de ces observations. Puis, une observation des phases de changement d’outil est très importante : Pour cela il est important de fixer un rendez-‐vous avec l’équipe de techniciens afin d’observer les différentes tâches qu’ils effectuent. Il est alors utile de répertorier les tâches effectuées, relever leur durée et les placer sur une frise chronologique pour cibler au mieux les endroits où nous devons agir et avoir une première idée du niveau de performance attendue de notre futur système face au gain de temps. Une étape très importante est à prendre en compte : il est très constructif de recenser les avis et impression de chacune des personnes (techniciens, opérateurs) utilisant le système actuellement utilisé. Ceci est utile car nous pouvons dans ce cas découvrir certains problèmes d’utilisation à améliorer que nous n’aurons peut être pas remarqué à première vue, grâce à l’expérience des personnes « interviewées » Après ces différentes étapes, un « brainstorming » est nécessaire afin de structurer les idées perçues. Par la suite, il est bon de mener une analyse fonctionnelle afin cerner le problème posé ainsi que les fonction qui devront être remplies par mon futur système. Nous pouvons avoir plusieurs idées de solutions technologiques répondant à mon système. Il est bénéfique également de mener en parallèle une analyse des systèmes existants actuellement sur le marché qui remplissent des fonctions similaires ou proches. A ce stade une phase de recherche de solution peut être entamée : Tracés de croquis, tracés à la main d’ébauches de solutions en s’appuyant sur les mesures prises sur le robot, validation et vérification avec une mise en situation des dimensions sur le robot.
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PROTOCOLE DE CONCEPTION DE CHAQUE OUTIL
1) Recensement de tous les outils
2) Prise de mesure des outils (dimensions extérieures et position des ventouses)
3) Tracé de l’outil taille réelle sur papier
4) Tracé du dispositif de fixation rapide sur le tracé de l’outil (Implantation du système conçu dans l’ancienne architecture de l’outil)
5) Vérification de la possibilité d’implantation des canalisations de vide (S’assurer qu’il n’y a pas d’interaction avec les cavités à usiner dans l’outil pour une utilisation de mon système de fixation rapide
6) Vérification du positionnement des ventouses en se basant sur les implantations d’origine (anciens outils), si besoin, les repositionner afin que leur implantation soit compatible avec les cavités à usiner. ATTENTION : repositionner l’emplacement des ventouses si besoin MAIS en tenant compte de l’architecture des pièces à manipuler !!! IL FAUT TRACER LA POSITION DES PIECES EN SORTIE DE MOULE ET SUPPERPOSER CE TRACE AVEC LE TRACE DE L’OUTIL ! ATTENTION : NE PAS POSITIONNER LES VENTOUSES EN DEHORS DE LA SURFACE PROJETEE DES PIECES A MANIPULER.
7) Pour le dimensionnement des outils tenir compte de leur environnement d’évolution : moule, ouverture du moule, épaisseur du dispositif.
8) Tracer le dispositif obtenu sur le logiciel Solidworks
9) Lancer la production Des évaluations du coût des systèmes côté « H » et côté « S » est disponible en annexe 5. Les différents outils conçus par mes soins sont présentés en annexe 6 et sont accompagnés des pièces qu’ils manipulent.
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f) La prévention des risques durant un projet de conception
Tout d’abord, ayant effectué mon stage dans un bureau d’étude et ayant fait majoritairement de la conception et de la recherche de solutions technologiques, je n’ai été que peu exposé à des problèmes de sécurité. Cependant, certaines situations se sont présentées à moi. Tout d’abord, j’ai du prendre connaissance des règles de sécurité ainsi que de certaines subtilités techniques afin de mener au mieux le montage de mes préhenseurs dans l’atelier. Bien qu’ayant une expérience de travail en atelier lors de nos projets à l’INSA de Strasbourg, les conditions de travail dans l’atelier sont totalement différentes chez ELKO. En effet, dans cette entreprise l’atelier s’étend sur une surface très importante dans plusieurs bâtiments, et est équipé de plusieurs ponts roulant manipulant souvent de grosses machines de plusieurs tonnes. Des zones de travail sont délimitées mais il est aussi indispensable de se déplacer à travers les différentes zones afin de récupérer du matériel ou tout simplement pour demander des conseils à des membres du personnel. De plus, pour pouvoir prendre certaines mesures ou pour faire certains essais, je devais me rendre dans l’atelier qui était très proche de mon bureau. Ainsi, il m’a fallu, tout au long de la conception du système de fixation rapide des outils sur ce robot six axes, m’adapter aux conditions de travail des grands ateliers lorsque je m’y rendais et surtout m’adapter aux changements fréquents de règles de sécurité entre le bureau d’étude et les plates-‐formes de montage. Il fallait, même si cela paraissait inutile certaines fois, veiller à se réadapter à un environnement à risque lors de mes visites dans les ateliers. De même, tout au long de mon projet, il m’a fallu m’adapter au fait de travailler en la présence de robots. Plus précisément, il faut toujours garder à l’esprit le fait que nous travaillons en la présence d’installations programmées pouvant avoir des réactions par exemple lors de la sollicitation accidentelle de capteurs ou de contacteurs. Ainsi il faut toujours s’assurer d’avoir pris toutes les précautions nécessaires avant d’approcher un robot pour y prendre des mesures pour la conception de matériels.
Pour finir, un autre aspect de la sécurité a fait partie des paramètres que j’ai du prendre en compte lors de la conception du système de fixation rapide: garantir une certaine sécurité pour le personnel qui utilisera et montera les systèmes que j’ai conçu. Pour ce faire, j’ai veillé à concevoir des pièces ayant des formes les plus ergonomiques et des systèmes relativement simples à monter sans l’utilisation d’outillage dangereux.
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2.2.2) Montage, réalisation, optimisation et expérimentations Réalisation et optimisation En appliquant le protocole présenté ci-‐dessus, j’ai pu lancer la production de certains outils et des systèmes de fixations équipant le robot du côté « H » et du côté « S ». Les vues 3D sont disponibles en annexe 6. Ainsi, par la suite j’ai pu assembler le système puis un dispositif expérimental à adapter sur le robot de test.
Figures 45 : exemple d’outils produits
Ce dispositif a été mis en place pour ne pas démonter le bras de préhension du robot fonctionnant sur la ligne de production ce qui engendrerait une perte de temps et de productivité pour l’entreprise.
Dans la suite de ma présentation, je m’intéresserai en particulier aux outils servant à la manipulation des deux pièces présentes sur la figure ci dessous.
Pièces L-‐3303 L-‐3304
Moules correspondant aux pièces
Figures 46 : pièces plastiques utilisées pour les essais
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J’ai fait ce choix car ces pièces sont moulées dans un moule nouveau à quatre empreintes ce qui représente un certain challenge. En effet, ces pièces sont récupérées dans le moule avec un certain écartement, or cet écartement n’est pas optimal pour l’optimisation de la place dans les caisses de rangement. Ainsi il faudra que je mette en place un système pour réagencer ces pièce afin d’optimiser la place dan les caisses de rangements. Le système de réagencement des pièces a été conçu pour les pièces L-‐3304 car elles devaient être produites en premier, il sera alors présenté tel que. Or, à cause d’un problème de livraison des moules, le protocole ainsi que les expérimentations ont été exécutés avec les pièces L-‐3303.
Optimisation du protocole d’utilisation des outils
a) Première solution
Augmentation du nombre de pièces L3304 dans chaque caisse A la sortie du moule, l’écartement entre chaque pièce est de soixante millimètres. Chaque moulage contient quatre pièces disposées de la manière suivante. : Ainsi, après un calcul simple, nous nous rendons compte qu’il reste 34 mm entre chaque pièce. Cette place pourrait être utilisée pour ranger d’autres pièces et ainsi optimiser
Figure 47 : disposition dans le moule des pièces utilisées pour les essais
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l’espace de rangement. Alors, nous pourrons stocker plus de pièces dans une boite, utiliser plus longtemps le robot et gagner du temps et de l’argent. En considérant que nous nous fixons une distance de 5 mm entre les pièces stockées dans les boites, nous ne considérons plus la distance 34mm mais 5mm. Alors l’encombrement au carré ne serait plus que de 57 mm à la place 86 (2*26+34). On peut alors augmenter le nombre de pièces dans une boite en optimisant leur positionnement dans les boites. Il faut donc rapprocher les pièces sur la station intermédiaire avant la reprise par l’outil du côté « S ». 1-‐ Utilisation des différentes voies de vide côté H : 2-‐ 3-‐ Utilisation de la voie 2 pour rapprocher les pièces une a une
4-‐ Prise avec un outil équipé de ventouses rapprochées
Dépôt des 4 pièces d’un coup
Figures 48 : protocole de réagencement des pièces manipulées
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b) Deuxième solution, Station intermédiaire à géométrie variable Utilisation de la station intermédiaire à géométrie variable pour rapprocher les pièces latéralement
Utilisation des deux voies de vide pour rapprocher les deux pièces sur fond des deux autres
Notons alors que c’est la première solution qui a été retenue car elle est la plus simple et ne nécessite pas l’ajout de nouvelles lignes pneumatiques au niveau de la station intermédiaire ce qui diminuerait la puissance pneumatique utilisée pour les ventouses. De plus, pour les pièces L-3303, le protocole d’optimisation de la solution est le même, seul l’écartement entre les pièces dans le moule et final changera : pour optimiser leur rangement dans les caisses j’ai décidé de réduire leur écartement à
Figure 49 : station intermédiaire à géométrie variable pour le réagencement des pièces
Figure 49 continuation : station intermédiaire à géométrie variable pour le réagencement des pièces
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10mm ce qui permettra également aux pièces de ne pas s’entrechoquer lors de la manipulation des caisses.
2.2.3) Réalisation du dispositif expérimental Comme je l’ai expliqué avant, pour cette partie j’ai utilisé les pièces L-‐3303. Ce dispositif expérimental a été construit par mes soins et avec le soutien de mon maître de stage dans le but de tester et d’évaluer l’efficacité du système que j’ai conçu. De plus avec l’aide de mon maître de stage, j’ai élaboré un nouveau programme d’exploitation du robot pour assurer l’utilisation de mon système. En effet, les nouvelles dimensions mais également l’automatisation de la fixation des outils a nécessité une reconception de ce programme Figure 50 : outils obtenus pour la préhension des pièces plastique
Plaques polaires pour la fixation des Aimants
Outil Outil : mise en plan de quelques outils en annexe 6 bis
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MONTAGE SUR LE DISPOSITIF D’ESSAI QUE J’AI CONCU
Côté « S » Reprise et empilage
Montage que j’ai conçu et assemblé
Côté « H » Prise dans le moule
Système de fixation équipé d’électroaimants
Outil
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Ci avant nous pouvons
observer le système de montage rapide par aimantation des outils sur le bras de robot expérimental. Le détail du fonctionnement et de la transmission du vide entre le robot et les outils a été détaillé précédemment. 2.2.4) Essais et programmation Une fois que j’ai finalisé le concept d’utilisation de ce nouveau système de fixation d’outils en concevant et réalisant un dispositif d’exploitation expérimental (utilisable dans les mêmes conditions que celles présentées sur la ligne de production) et en le rendant opérationnel afin de pouvoir tester le fonctionnement de mes solutions avant de les installer sur le robot de production, j’ai ensuite commencé à concevoir son programme de mise en mouvement. Plus précisément, il a fallu dans un premier temps reconstituer l’environnement d’évolution du robot de production :
Pour cette reconstitution, j’ai utilisé des modules de rangement d’atelier pour modéliser les volumes et les zones représentant les éléments de l’environnement du robot.
Figure 52 : environnement du robot de production
Modules de rangement
Figures 51 : dispositif d’essais
Figure 53 : environnement du robot d’essai
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Puis, il a fallu commencer l’élaboration du programme. J’ai commencé par étudier un ancien programme de fonctionnement du robot pour me familiariser avec les commandes et les fonctions. J’ai alors placé les éléments constituant l’environnement du robot au plus proche des conditions réelles. Puis, après des mesures, j’ai relevé les points importants du mouvement du robot pour pouvoir incorporer les coordonnées dans le programme. Les mouvements ont été définis à partir de commandes de base permettant de générer des mouvements rectilignes (commande moveL), ou des mouvements curvilignes (commande moveJ). Les trajectoires des outils ont été particulièrement soignées afin de perdre le moins de temps. Une version du programme d’exploitation du robot équipé de mon système de changement d’outils est disponible en annexe 7. Alors, en exploitant ce programme sur le dispositif d’essai, j’ai pu simuler plusieurs cycles de manipulation de pièces ainsi que de changement d’outils illustrés par la figure ci dessous :
Zone de prise des pièces que j’ai approché des ventouses pour simuler la prise dans le moule
Manipulation des pièces entre la zone de prise dans le moule et la station intermédiaire.
Station intermédiaire, Le robot exécute le protocole de réagencement des pièces avec le dispositif côté « H » pour gagner de la place dans les caisses de rangement.
Figures 54 : étapes de fonctionnement du robot d’essais ( voir également page suivante)
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Dépôt des pièces ré agencées sur la zone simulant les caisses de rangement.
Reprise des pièces au niveau de la station intermédiaire en vue d’une dépose au niveau de la zone simulant les caisses de rangement.
Phase de dépose et reprise d’un outils. C’est le changement d’outil
Figures 54 continuation : étapes de fonctionnement du robot d’essais
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Ainsi, la phase de tests qui a été lancée a permis de valider le fonctionnement de ma solution et de mettre en évidence le gain de temps apporté par ma solution dans le changement d’outils du robot. Ces essais ont été concluants et nous nous sommes rendus compte qu’en utilisant mon système, un changement d’outil totalement automatique (sans intervention humaine) était possible (validé par des essais en lançant le programme mis au point). Le robot équipé de la solution technologique que j’ai conçu est capable de récupérer un outil (par le biais d’électroaimants), de l’utiliser, de le déposer une fois son utilisation finie et d’en récupérer un nouveau ensuite. J’ai donc mené des essais filmés et chronométrés du changement automatique des outils qui m’ont permis d’évaluer le temps utilisé pour cette tâche et le comparer avec le temps mis par l’opérateur lors du changement d’outils d’ancienne génération utilisant des montages à vis nécessitant l’utilisation d’outils ( clés, pinces…) J’ai pu alors mettre en perspective le gain de temps apporté par ma solution technologique.
Figure 55 : télécommande d’exploitation du programme que j’ai mis au point
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Figure 56 : essai de changement d’outil du côté « S » et son chronométrage. L’outil a été réceptionné à la main et non déposé directement sur la table pour faciliter l’amenée du nouvel outil.
Figure 57 : essai de changement d’outil du côté « H » et son chronométrage. L’outil a été réceptionné à la main pour éviter qu’il ne tombe car le changement d’outil se fait à la verticale.
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Nous remarquons que la durée totale de changement d’outil (côté « S » plus côté « H ») est de 6,82 secondes plus 7,37 secondes= 14,19 secondes. Figure 58 : chronométrage du changement d’outils de vieille génération sur le robot production par un opérateur Ici le temps passé pour le changement d’outil est de 4 minutes et 7 secondes ce qui est beaucoup plus long que dans le cas du changement d’outil assuré par le système que j’ai conçu ( 14,19 seconde). Le temps est à peu près divisé par 16. Le gain de temps est de 3,88 minutes sur un cycle. Ces résultats mettent en perspective l’efficacité du système que j’ai conçu avec l’aide de l’équipe qui a encadré mon stage. Ainsi, après ces tests et une présentation et une démonstration de ma solution à mon équipe encadrante, mon système de changements t d’outil rapide a été validé et sera utilisé dans les prochaine vagues de modifications des systèmes de préhension robotisés en vue d’un gain de performance. De plus, les mêmes essais ont été menés avec les outils servant à manipuler les pièces L-‐3304 (présentées avant dans le présent rapport). Les résultats ont été aussi satisfaisants ce qui à conforté la validation du système de fixation alors conçu. .
Figure 59 : essais avec d’autres types d’outils
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Le travail nécessaire à la conception de chaque outil étant très long, il ne m’a pas été possible de faire ce genre de test avec tous les outils conçus. Cependant les tests présentés ci dessus correspondent à la conception des outils les plus complexes, ainsi le temps de changement pour les autres outils ne peut être que moindre. 2.3] Analyse de mon travail, deuxième partie :étude et analyse de matières plastiques ABS en vue de moulage Cette partie est consacrée à l’étude qui m’a été confiée concernant la recherche et l’analyse d’un plastique ABS. 2.3.1) Mission, recherche des matériaux et protocole d’analyse Lors d’une réunion d’information hebdomadaire, mon équipe encadrante m’a fait part de la mission suivante : Il fallait que je trouve, au sein d’autres entreprises Schneider dans le monde, un plastique ABS teinté dans la masse, proche d’un ABS actuellement utilisé par ELKO. En effet, l’approvisionnement de ce plastique utilisé sur le site de ELKO à Amot en Norvège n’était pas suffisant et non régulier, problème venant du fournisseur. Alors, il m’a été demandé de trouver un autre plastique ABS proche de celui utilisé ( nom commercial : RAL 1013) puis de l’analyser afin de s’assurer qu’il soit convenable pour une utilisation sur le site de moulage de ELKO en Norvège. Pour ce faire, j’ai contacté plusieurs personnes à travers l’Europe dans différents sites Schneider : en Turquie, au Danemark, en Suède, en Allemagne, en Norvège. Finalement, après de nombreux échanges et négociations, j’ai pu obtenir 25 kg de plastique ABS de la part d’un site Schneider en Allemagne, dont les caractéristiques sont proche du RAL-‐1013 utilisé chez ELKO. A ce stade, il fallait lancer le moulage et l ‘analyse des pièces moulées avec cet ABS afin de vérifier qu’il convenait à l’entreprise ELKO. Si ce plastique convient, il sera alors utilisé dans les prochaines productions de pièces. Ainsi, j’ai décidé tout d’abord d’exécuter un test de colorimétrie pour m’assurer que sa teinte corresponde avec celle actuellement utilisé chez ELKO puis un test de tenue aux U.V afin de m’assurer de sa tenue face aux rayons du soleil et enfin des tests de rayures permettant de caractériser la tenue de ce plastique face à toutes les agressions qu’il peut subir lors de son utilisation en tant que capots de prises de courant. En effet ces pièces sont couramment percutées ou rayées.
65
Le plastique reçu d’Allemagne se présentait sous forme de poudre brun clair. Il a fallu tout d’abord mouler les pièces en question.
2.3.2) Tests de colorimétrie
Ces tests ont été menés à l’aide d’un spectrophotomètre GrotagMacbeth Color i5. J’ai alors comparé la teinte des pièces moulées avec le nouvel ABS avec celle des pièces moulées avec l’ancien plastique ABS.
J’ai alors obtenu les résultats suivants :
Figure 60 :sacs d’ABS pré-‐colorés reçu
Figure 61 : pièce moulée avec cet ABS : mise en plan en annexe 7 bis
Figure 62 : spectrophotomètre
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Figure 63 : résultats obtenus
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Nous remarquons que les points sur la cible sont groupés et centrés ce qui traduit le fait que la teinte de la pièce moulée avec le nouvel ABS est très proche de la teinte de l’ancien ABS utilisé. Ceci constitue un premier résultat positif dans le protocole d’analyse de ce nouveau ABS. Ainsi, la prochaine étape de l’analyse est un test de tenue aux U.V. 2.3.3) Tests de tenue aux U.V.
Ces analyses se sont appuyées entre autre sur les articles correspondant aux repères 2 et 3 dans la table des bibliographies.
a) Protocole d’analyse et méthodologie Ces tests on été effectués afin de se rendre compte de la décoloration induite par les rayons U.V provenant du rayonnement du soleil. En effet cela permettra d’avoir une idée du vieillissement de ces pièces moulées avec ce nouvel plastique ABS. Pour mener ces tests, une machine à lampe au Xénon a été utilisée. Plus précisément le modèle Heraeus Suntest with Xenon lamp type NXE 1500B.
Il s’agit de l’instrument de paillasse au xénon le plus largement utilisé au monde. Son design compact, sa simplicité d’utilisation et sa fiabilité prouvée en font l’appareil de contrôle qualité et de sélection en R&D idéal pour de nombreux secteurs, tels que ceux des plastiques, des emballages du papier, des produits pharmaceutiques, des cosmétiques. Une description de l’appareil est disponible en annexe Les pièces ont été testées selon la norme ISO 4892-‐2, method B. Les éprouvettes sont exposées à des sources lumineuses à arc au xénon filtrées, dans des conditions contrôlées (température, humidité et/ou mouillage). Différents types de sources lumineuses à arc au xénon et différentes combinaisons de filtres peuvent être utilisées pour répondre à différentes exigences. L´ISO 4892-‐2:2006 spécifie des méthodes pour l´exposition d´éprouvettes à des sources lumineuses à arc au xénon, en présence d'humidité, pour reproduire les effets de vieillissement qui se produisent lorsque des matériaux sont exposés, dans des environnements d'utilisation finale réelles, à la lumière du jour et à la lumière du jour filtrée à travers un vitrage de fenêtre.
Figure 64 : machine de test de tenue aux U.V
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Conditions de test:
Filtre: en borosilicate
Lumière: 0,5 W/m² a 340 nm
Durée d’exposition aux U.V: 500 ± 5 heures
Conditions de conservation post-‐test : 500 ± 5 heures dans le noir à température ambiante (20-25°C).
Mesure de la décoloration: évaluation de la valeur db, mesurée sur l’échantillon immédiatement après le conditionnement post-‐analyse et durant l’analyse.
Echantillons: Plans et surfaces brillantes
Référence du test: l’analyse porte sur deux échantillons. Un subit l’exposition aux U.V, l’autre, la reference, est maintenue dans l’obscurité.
Référence pour le déroulement de l’analyse: ce test suit les consignes et règles énoncées dans la norme ISO 4892-‐2 méthode B.
Méthode et grandeurs mesurées
La couleur est un aspect visuel. Plusieurs variables des trois facteurs principaux incluant la source lumineuse, l'échantillon et l'observateur, affectent la perception visuelle de couleur. Colorimétrie :En 1931, la Commission Internationale de l’Eclairage (CIE) a proposé un diagramme basé sur les lumières monochromatiques de longueurs d'onde 700 nm (rouge), 546,1 nm (vert), 435,8 nm (bleu-‐violet)
• La composante L est la clarté qui va de 0 (noir) à 100 (blanc).
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• La composante a représente une gamme de 600 niveaux sur un axe rouge(+299 valeur positive) → vert (-‐300 valeur négative) en passant par le gris (0).
• La composante b représente une gamme de 600 niveaux sur un axe jaune(+299 valeur positive) → bleu(-‐300 valeur négative) en passant par le gris (0).
Le système de caractérisation de couleur s’appelle donc le système CIELab Les instruments mesurant la couleur produisent des valeurs dans le système de coordonnée X,Y et Z à partir de valeurs tabulées ( crée par le CIE ) fonction de la longueur d’onde des couleurs. Ces valeurs de tristimulus sont converties en valeurs CIELAB L , a b à partir de formules mathématiques complexes gérées directement par les logiciels d’exploitation de la machine d’analyse. CIELAB est un système à 3 dimensions où L représente la clarté/obscurité, a représente la balance rouge/vert et b représente la balance jaune/bleu. En comparant un échantillon à une norme ou un standard de référence le delta ou la différence des valeurs sont rapportées. Nous pouvons alors obtenir une distance entre deux couleurs. C’est ce que j’utiliserai dans l’analyse de mon test de tenue aux U.V. En effet, dans mon cas, la valeur b sera mesurée sur une pièce moulée exposée aux U.V au bout de 250 puis 500 heures. En même temps, cette valeur b sera mesurée sur une pièce plongée dans l’obscurité. A la fin du test la différence entre les deux valeurs sera mesurée à 250 et 500 heures et nous pourrons obtenir un delta b, nous donnant la distance entre ces deux couleurs sur l’axe bleu-‐jaune. Cela nous donnera une idée du « jaunissement » des pièces en ABS blanc après une exposition aux U.V . Ainsi : · un ΔL positif est plus clair et une valeur négative est plus sombre, · un Δa positif est plus rouge et une valeur négative est plus verte . un Δb positif est plus jaune et une valeur négative est plus bleue Le graphique 3-‐D ci-‐dessous montre la relation entre ces valeurs .
Figure 65 : représentation en trois dimensions du système CIElab
70
Une autre valeur permet de caractériser une différence de couleur : ΔE ΔE est une valeur de différence de couleur totale, elle est représentée par la formule mathématique ci-‐après : Le delta E correspond à la distance entre deux couleurs placées dans l’espace des couleurs. Dans le cadre de mon étude cette valeur sera également évaluée de la même manière que delta b. Ainsi, de manière à évaluer mon annalyse, voici des valeurs de Δa, Δb et ΔE de référence permettant de valider ou non le test : Une valeur de ΔE inférieure à 1 n’est pas perceptible à l’oeil nu. Quelques valeurs remarquables de ΔE : 0 à 0,25 : il n’y a pas de variations ou elle est très petite, les deux couleurs sont en parfaite concordance. 0,25 à 0,5 : les variations sont petites la différence entre les couleurs est acceptable 0.5 à 1 : les variations sont faibles ou moyennes encore acceptables 1 à 2 : les variations sont moyennes, acceptables pour certaines applications 2 à 4 : les variations sont grandes et acceptables pour peu de cas, pour des applications spéciales Supérieur à 4 : très grandes variations, ce n’est plus acceptable Valeurs acceptables pour Δa et Δb : Δa compris entre -‐2 et +2 et Δb compris entre -‐2 et +8.
b) Résultats et leur analyse
Après l’analyse des deux échantillons, un plongé dans l’obscurité et l’autre soumis aux rayons U.V, la machine d’analyse m’a fourni directement les valeur de Δb et ΔE. Je ne m’intéresse pas à Δa car nous voulons caractériser le « jaunissement » de l’ABS testé.
Figure 66 : tracé de Δb en fonction du temps d’exposition en heures
71
Après analyse de ces valeurs et en les comparant aux valeurs de Δb et ΔE, je me rends compte que les variations de couleur entre l’échantillon plongé dans l’obscurité et celui exposé aux U.V sont faibles et acceptables Δb et ΔE sont inférieurs à 0,51. Cela signifie que la décoloration de la pièce moulée est faible donc son comportement est bon pour l’usage auquel elle est destinée. Elle est assez résistante. Cette deuxième étape de la caractérisation de ces pièces moulées en ABS est donc validée. 2.3.4) Tests de rayures
Ces analyses se sont appuyées entre autre sur les articles correspondant au repère 4 dans la table des bibliographies.
Ces expérimentations auront pour but de déterminer des régimes élastiques, plastiques et l’apparition des fissurations sur des capots de protection de prises électriques. En effet, les pièces moulées, destinées à être utilisées comme capots de prises électriques faisant partie d’une gamme professionnelle et haut de gamme, la déformation, la fissuration ainsi que la dégradation visuelle du produit pourraient être un inconvénient pour la vente mais aussi pourraient présenter un risque dans le cas de détérioration trop importante au fil du temps. Concernant ces tests, le matériau n’étant pas transparent, les expérimentations réalisées seront des essais de rayures classiques avec des observations par microscopie interférométrique cofocal pour la morphologie de la rayure (observation des caractéristiques du sillon plastique créé par l’indenteur et endommagement).
a) Protocole d’analyse et méthodologie
Lors de ces tests de rayures, les essais ont été menés pour déterminer les transitions des régimes élastiques, plastiques et de fissuration.
Figure 67 : tracé de ΔE en fonction du temps d’exposition en heures
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Protocole d’analyse et préparation des échantillons L’échantillon testé a été coupé en bandes qui ont été collées sur des lames de verre. Afin de cerner au mieux les différentes transitions élastiques, plastiques et de fissuration vingt rayures de longueur 10 mm parallèles espacées de 500 μm ont été réalisées sur la surface de l’échantillon. L’indenteur choisi est un indenteur sphérico-‐conique en diamant avec un rayon de 100 μm et un cône de 60°. Les expérimentations ont été menées à vitesse de rayure constante (30 μm/s) mais avec une force normale utilisée pour réaliser chaque rayure augmentant linéairement entre 0 et 5 N. Notons que ces tests ont été mené à température ambiante (25°C). Suite à ces essais, les surfaces rayées ont été balayées en microscopie interférométrique confocal pour l’acquisition de la topographie de surface et mesure de la valeur de la largeur des sillons résiduels.
b) Résultats et analyses
Figure 68 : topographie des différentes rayures observée par microscopie interférométrique confocal
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Rayure 15
Rayure 14
Rayure 13
Figures 68 continuation : topographie des différentes rayures observée par microscopie interférométrique confocal
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Figure 68 continuation : topographie des différentes rayures observée par microscopie interférométrique confocal
Sur les images de la figure 68, est montré un aperçu de la zone rayée. Une échelle de couleur permet de caractériser la profondeur des sillons. Les raies bleues correspondent aux creux des sillons qui sont eux même bordés de raies rouges progressivement apparentes. Ces dernières, en altitudes positives, traduisent l’apparition de bourrelets le long des sillons, ce qui est caractéristique du passage dans le domaine plastique. Ainsi, les rayures 1 et 2 de la figure 68 ne présentent pas de sillons résiduels car ces rayures sont dans le domaine élastique. Sur cette figure sont présentées uniquement les rayures du domaine élastique et plastique. En effet, dans le cas des rayures où la fissuration était présente, leur image n’est pas accessible par cette technique car la topographie générée en surface est trop chaotique. Les mesures de largeur de sillons ont été réalisées en mesurant la distance entre les points les plus élevés des bourrelets latéraux. Une vingtaine de mesures ont été réalisées au minimum par sillon résiduel.
Ces essais ont permis d’évaluer la force normale ainsi que la largeur des sillons résiduels par rayure. Ces valeurs sont visibles dans le tableau de la figure 69. De plus, les valeurs des forces tangentielles et normales sont visibles sur les figures 70 et 71. Ces deux valeurs nous permettent alors d’évaluer le coefficient de frottement apparent (μapp) ce qui nous permettra d’avoir une idée du moment d’apparition de la fissuration, ce qui n’est pas possible par simple observation optique.
Figure 69 : relevé des largeurs de chaque sillon de rayures ainsi que des forces normales et tangentielles pour chaque rayures
Rayure 12
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Figure 70 : tracé de la force normale appliquée pour chaque rayure
Figure 71: tracé de la force tangentielle relevée pour chaque rayure ainsi que de sa dispersion. ( sur cette figure sont représentés des diagrammes en boites : les rectangles bleus représentent les positions des premiers et des troisièmes quartiles, à l’intérieur de ces rectangles les traits rouges représentent les médianes, les branches partant de ces rectangles représentent les valeurs extrêmes des séries représentées
Figure 72 : tracé du coefficient de frottement apparent pour chaque rayure utilisant également des digrammes en boite.
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Après avoir répertorié les valeurs des forces normales et tangentielles pour chaque rayure, nous pouvons observer que les rayures 16 à 20 présentent des valeurs du coefficient de frottement apparent avec des dispersions considérables. Ceci est du à l’apparition de fissurations lors de la création des rayures.
En suivant le modèle proposé par Lafaye et al. 2008,( étude menée sur du PMMA, j’ai fait l’analogie avec mon étude d’ABS) une régression a été réalisée en prenant en compte les valeurs de largeur de sillons mesurées et des forces normales appliquées (figure 73), en laissant libre les valeurs des coefficients que l’on veut déterminer. L’équation utilisée était une équation exponentielle,
𝑓(𝑥) = 𝑎 ∗ 𝑥𝑏. Après la réalisation de la régression, les coefficients a et b ont pu être déterminés. La variable x représente la force normale appliquée.
𝑓(𝑥) = 𝑎 ∗ 𝑥𝑏, avec l’intervalle de confiance à 95% : 𝑎 = 96.76 (86.77, 106.8) et
𝑏 = 0.4707 (0.362, 0.5794).
La valeur du coefficient b de la régression proche de 0.5, indique que le matériau a atteint le domaine plastique. Avec cette régression, il est possible de déterminer à quelle force (ou avec quelle profondeur des sillons) la transition vers un comportement totalement plastique a lieu. La phase élastique apparaît là ou il n’y a pas de traces, il y a un recouvrement de l’empreinte laissée par l’indenteur, la valeur de la largeur de la rayure est égale à zéro. Puis, cet ABS passe dans un régime mixte entre élasticité et plasticité. En accord avec le modèle énoncé par Lafaye et al. la plasticité totale au niveau du contact est atteinte seulement quand la largeur de la rayure (L figure 73) est proportionnelle à la force normale appliquée à la puissance ½. Dans le cas ou le coefficient b est inférieur à ½ , la plasticité n’est pas complète. Ici, dans cette étude, ce n’est pas le cas car l’intervalle de confiance pour le coefficient b est (0.362, 0.5794). Cette valeur de coefficient ½ est une observation empirique pour le cas avec vision in situ. D’après les graphiques de la figure 73, pour la force supérieure 1.12 N les matériaux présentent un comportement plastique (dans le cadre de sollicitation de la méthode expérimentale appliquée ou la largeur de la rayure peut être considérée proportionnelle à la force normale appliquée). La largeur du sillon résiduel relatif à cette transition est de 98.6 μm. En considérant un contact en demi-‐cercle (domaine plastique), l’aire de contact peut être déterminée et ensuite la pression moyenne de contact pour cette transition. La valeur de l’aire de contact est égale à 3819 μm2 et la pression moyenne est égale à 293 MPa. De même, une valeur de pression moyenne peut être déterminée pour la transition plastique/fissuration. Cette transition a lieu à approximativement 342 MPa (en considérant un contact en demi-‐cercle, L = 163 μm et Fn = 3.57 N).
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Observations : Après avoir mené ces tests de rayures, je peux remarquer que l’apparition du domaine plastique se fait aux alentours de 1,12N et que la fracture du plastique se fait aux alentours de 3,77N. Ceci représente des valeurs relativement faibles, surtout pour une utilisation de ces capots dans un milieu industriel où ils seront exposés à de nombreux chocs et rayures ayant parfois des forces de pression relativement élevées. Ce domaine plastique étant atteint, la surface des échantillons est endommagée irréversiblement. Pour rendre ce plastique ABS plus résistant face à ces chocs et rayures plusieurs solutions sont peut être possibles : -‐ l’application d’une peinture ou d’un vernis sur ces pièces ABS après leur moulage. Le vernis va augmenter la résistance à la rayure, augmenter la part élastique dans la réponse du contact glissant. Le vernis doit « entourer élastiquement » les rugosités de la pointe. Un vernis anti-‐rayure n’empêche pas les déformations plastiques mais va empêcher les microrayures dans le macro sillons.
Exemples de vernis disponibles : Vernis 29143 de chez Brillant Direct, un vernis bi composant acrylique-‐polyuréthanne, ultra brillant, avec un très bel aspect optique ainsi qu’une très bonne résistance aux produits chimiques et aux rayures.
Autre fournisseur français : CTS
-‐ une autre protection possible pour cet ABS sont les dépôts galvaniques de métaux: chrome, chrome noir, or, palladium, ruthénium satiné ou brillant. Les métaux précieux
Figure 73 : tracé des valeurs de largeur des sillons résiduels en fonction de la force normale appliquée pendant les essais de rayure effectué sur l’échantillon d’ABS. Un fit exponentiel a été réalisé , ce qui permet d’identifier le domaine plastique. Ce domaine correspond aux ponts sur la courbe qui vérifient la loi f(x)=a*x^(1/2) conformément au modèle proposé par Lafaye et al en 2008
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seront peut être utilisables dans des cas de recherche de résultats esthétiques pour des gammes prémiums. Un prestataire possible pour ce genre de traitements est CTS France.
3] MON STAGE DANS UNE PERSPECTIVE DE FORMATION 3.1) Un apprentissage formateur 3.1.1) Connaissances acquises
Ce stage a été l’occasion de découvrir plus précisément le monde de l’entreprise, d’avoir une approche des mécanismes d’évolution de vie d’un projet au sein d’une société, de sa naissance sous forme d’idée à sa réalisation. En effet, pour ma part, j’ai pu me rendre compte des interactions entre les équipes de travail, le bureau d ‘étude où je travaillais, les achats qui ont commandé les pièces dont j’avais besoin ainsi que l’atelier où j’ai pu monter mes préhenseurs. Ce fut pour moi, la première fois où je devais travailler avec quasiment tous les services d’une entreprise, cerner leurs fonctions respectives et collaborer avec eux pour mener à bien mon projet. En effet, ce stage m’a permis de suivre un projet dans sa totalité : de la demande qui m’a été faite, en passant par l’étude et la recherche de solutions, pour arriver à la présentation de mes recherches et la présentation au client. La plus importante nouveauté pour moi durant ce stage fut le contact permanent avec le département de production pour qui je devais concevoir un système le plus efficace possible. En effet dans mon cas, j’ai eu la chance d’avoir un réel enjeux avec un aspect financier ce qui est à mon sens un facteur très motivant car cela m’a permis d’avoir une idée encore plus précise du travail d’ingénieur en gérant au mieux mon temps de travail. Ce stage m’a permis aussi de me confronter à de nouveaux équipements et de nouvelles techniques au niveau de la découverte, de l’utilisation de l’énergie pneumatique, et du choix des matériaux pour une réalisation spécifique Cela a été également l’occasion pour moi d’affiner ma façon d’aborder un problème professionnel tout en appliquant les notions que j’ai pu apprendre à l’INSA. Plus précisément, ce projet s’est présenté comme une sorte d’aboutissement du savoir que j’ai pu engranger lors de mon cursus mais dans un cadre professionnel. Cependant, une des difficultés les plus importantes a été d’appliquer des notions théoriques pour la résolution de problèmes avec des personnes qui ont, elles, en plus l’expérience et qui ont la gentillesse de me considérer comme leur homologue bien que je ne suis qu’élève. Une
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différence apparaît vite car la théorie change beaucoup de la pratique mais ces personnes m’ont très vite formé pour que tout se passe au mieux. De plus, la récolte d’informations dans la recherche de solutions à été un point clé de ce stage. Le partage des idées et des informations s ‘est très bien passé et d’une manière assez simple et spontanée : soit par une demande de rendez-‐vous dans le bureau des personnes à qui je voulais poser des questions ou sous forme de réunions qui ont été programmées tout au long de mon stage afin de faire le point sur mon travail et d’échanger de nouvelles idées. Cependant une chose diffère grandement dans la diffusion des information par rapport à ce que nous connaissons dans notre cursus d’ingénieur : pour se procurer des informations il m’a fallu souvent solliciter plusieurs services ou personnes pour un même problème. Il s’est donc posé le problème de la disponibilité des personnes pour répondre aux questions. En effet cela ne se présente pas dans notre cursus car lors de nos projets les professeurs sont toujours présents pour répondre à nos questions. Ces situations se sont présentées comme un facteur moteur pour chercher des solutions alternatives afin de pouvoir faire avancer le projet à temps. Cela a été des occasions de prendre des initiatives. Hors de mon travail initial, grâce à la gentillesse de certaines personnes qui m’ont encadrées, j’ai pu avoir quelques petites formations à l’utilisation de certaines machines. Par exemple une machine d’usinage numérique. Enfin, j’ai pu mettre en pratique certaines des notions que j’ai pu acquérir lors de mon double master en ingénierie des surfaces. Entre autre j’ai pu appliquer une démarche d’analyse scientifique pour caractériser un plastique ABS. Il m’a alors été possible d’avoir une première expérience de caractérisation scientifique et théorique de matériaux en vue d’une application technique (moulage). Jusqu’à maintenant mon expérience consistait à concevoir des systèmes sans que je ne m’intéresse très précisément aux matériaux qui les constituent ainsi qu’à leur comportement. Ainsi j’ai pu, dans le cas de pièces moulées en plastique découvrir et analyser leur comportement une fois leur réalisation faite. Cette partie d’analyse se place à mon sens en aval de la conception pure et m’a permis de découvrir une autre partie du cycle de vie d’un produit : son évolution et son comportement après conception et réalisation. 3.1.2) Relations humaines
Mon intégration dans cette entreprise m’a également permis d’aborder l’aspect relationnel dans l’entreprise. C'est-‐à-‐dire, découvrir de nouvelles relations humaines professionnelles qui ne sont pas celles que nous pouvons voir dans la vie courante : apprendre à satisfaire les personnes nous demandant le travail, apprendre à connaitre ses collaborateurs, échanger avec eux pour mener au mieux les études que je devais réaliser, pour que le travail se fasse dans les meilleurs conditions. J’ai pu donc
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m’apercevoir que l’aspect relationnel est omniprésent dans une entreprise et conditionne en grande partie le résultat du travail surtout quand, comme moi on découvre un poste et les débuts sont souvent difficiles. Je peux noter également qu’au cours de ce stage j’ai pu être confronté à différents types de mentalités en entreprise, dans mon cas surtout conditionnée par l’âge et l’ancienneté des travailleurs. Les générations les plus jeunes ont plutôt tendance à se tourner vers une recherche d’innovation, à agir plus rapidement et à tirer des conclusions de leurs actions. Alors que les personnes ayant plus d’ancienneté ont plus tendance à passer plus de temps à l’étude de ce qu’ils vont faire, à s’inspirer d’anciens montages ou bien à récupérer des éléments de montages plus anciens. Cependant j’ai pu remarquer que la cohabitation entre ces différentes générations se fait sans problèmes et que chacun arrive à en tirer profit car je me suis rendu compte que les uns avaient souvent besoin de autres pour des conseils en fonction des affinités générationnelles face à la technologie. C’est pourquoi le partage des savoirs est à mon sens une chose possible chez ELKO car j’ai été témoin de nombreux échanges de connaissances. De plus cette entreprise est munie d’un local d’archives où chacun peut s’inspirer de montages plus anciens. Mais encore, il est courant que d’anciens travailleurs interviennent en temps que consultants ou d’avoir des formations technologiques pour tous les âges et grades. Ainsi il ne me semble pas y avoir de clivage générationnel ni de décalage dans les connaissances. Un fait est aussi marquant : les relations entre les employés et leurs chefs sont relativement informelles. En effet, je n’ai pas retrouvé de relations purement hiérarchiques et froides entre les ouvriers et leurs supérieurs. Ils se parlent avec beaucoup de simplicité et de respect, les échanges vont dans les deux sens. J’ai noté également que les chefs prennent soin de leurs employés, qu’ils les soutiennent et qu’ils s’intéressent à leur travail. Face à cela, il me semble qu’il faut prendre un certain recul et faire la part des choses : ceci est une très bonne expérience mais peut-‐être que cette ambiance ne se retrouve pas forcément dans toutes les entreprises. 3.2)Bénéfices du stage 3.2.1) Liens avec notre cursus Pour conclure sur ce stage, je pense qu’il constitue un bon moyen pour prendre une troisième fois du recul par rapport à l’enseignement que j’ai suivi à l’INSA de Strasbourg. En effet il nous permet d’avoir un aperçu précis du monde de l’entreprise, monde où nous évoluerons dans les prochaines années. A mon avis, ce stage vient en complément du cursus d’ingénieur, il apporte à l’enseignement théorique de l’INSA une vision de certaines applications de théories. En fait, j’ai pu illustrer certains cours par exemple d’automatisme pour le suivi de la programmation du robot ou encore d’analyse fonctionnelle pour la recherche de solutions. L’enseignement théorique suivi à l’école est essentiel car il nous permet d’avoir des bases solides et j’ai pu m’en rendre compte lors des explications que l’on m’a faites sur le fonctionnement de certaines machines ou
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installations : il m’a alors été souvent possible de me ramener à certaines théories qui m’ont été enseignées pour cerner globalement leur fonctionnement. Cela m’a permis de ne pas être submergé par la complexité de certaines installations et de me débrouiller dans leur compréhension essentielle. Cependant, à mon sens, la chose qui nous manque peut-‐être le plus en tant qu’élève ingénieur est l’expérience du monde de l’entreprise. Ce stage nous permet donc de nous familiariser avec le mode complexe de l’entreprise : nous y découvrons surtout de nouvelles relations humaines, une nouvelle dynamique de formation animée d’un rythme de travail totalement nouveau dicté par les ordres que l’on reçoit. Ce qui est le plus nouveau pour moi et le plus bénéfique est de me familiariser avec les relations humaines d’équipe, domaine dans lequel nous serons constamment confrontés. C’est pourquoi, peut être faudrait-‐il réitérer ces expériences plus souvent mais avec des durées moindres, sous forme de petit module comme celui que nous avons suivi en sécurité, pour pouvoir appliquer les théorie enseignées dans une toute nouvelle dynamique de travail : celle de l’entreprise. 3.2.2) Découverte de soi
Tout d’abord j’ai eu une nouvelle vision du métier de d’ingénieur : avant mon stage je pensais qu’un ingénieur faisait le plus souvent un travail essentiellement basé sur la technique et la réalisation. En fait grâce à mon stage je me suis rendu compte qu’un ingénieur pouvait avoir un métier pouvant être créatif, pouvant avoir dans certains cas de grandes responsabilités et surtout des libertés dans l’exécution de ses taches. Ensuite une chose a été aussi très nouvelle pour moi : le travail en autonomie quasi-‐totale : une fois que les instructions de travail m’urent été données, je pouvais gérer mon travail comme je le voulais et je pouvais faire la demande de tout matériel qui me paraissait utile dans mon étude. La chose la plus importante pour mes employeurs était un résultat dans les délais. Au premier abord ceci est assez déroutant mais m’a obligé à me dépasser dans certains cas et à utiliser toutes mes ressources et connaissances afin d’assurer un résultat. De plus ce fonctionnement m’a permis de me familiariser avec un travail où j’étais le seul responsable de la réussite du prototype qui m’avait été donné à concevoir et avec les relations entre travailleurs car j’étais certaines fois dans l’obligation de demander de l’aide aux autres membres du bureau d’étude. Cela a été une expérience de prise de responsabilités. En plus de cela, le passage d’une activité scolaire à une activité salariée m’a donné un certain sens des réalités du travail et m’a permis de voir ma réaction dans un tel contexte. Un autre point a été très important pour moi : au départ cette liberté de travail que l’on m’a donné a provoqué chez moi un sentiment de désordre et j’ai été gêné car nous avons l’habitude d’être encadré depuis toujours. J’ai fini par constater qu’un mode de fonctionnement efficace en découle ; j’ai ainsi découvert une capacité à m’adapter à un système d’organisation peut-‐être déroutant au départ mais efficace.
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Pour finir, j’ai du faire face à une situation particulière : certains ingénieurs travaillant avec moi avaient du mal à me considérer comme élève. Ils avaient tendance à penser que j’avais déjà le savoir nécessaire. Or ce sont eux qui m’apprenaient beaucoup. En effet il fallait que j’écoute avec attention leurs conseils car ils savaient beaucoup de choses que je ne savais pas. Ce genre de situation nous pousse à faire preuve d’humilité à s’en rappeler pour notre future carrière afin d’être très à l’écoute du personnel pour le bien de l’entreprise.
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CONCLUSION C’est chez ELKO que j’ai effectué pendant 20 semaines mon stage, troisième de mon cursus à l’INSA de Strasbourg. Après ma rapide intégration dans une équipe de travail soudée et accueillante, j’ai pu exercer le métier d’ingénieur dans deux projets : Le premier consistait à l’optimisation et à l’automatisation d’un système de changement d’outil de préhension de pièces en plastique sortant d’une presse à injecter. Le second, quant à lui consistait à l’analyse scientifique d’une matière plastique ABS en vue d’une validation pour la production. Ce stage m’a permis d’avoir une vision globale du métier d’ingénieur en menant une étude de conception ainsi qu’une analyse de comportement de matières plastiques au cours de leur vie. J’ai pu aborder deux aspects de ce métier : l’aspect technique et scientifique Cette expérience m’a permis tout d’abord de découvrir de près le monde l’entreprise avec les situations les plus diverses auxquelles nous pouvons être confrontés. Les relations au sein d’une équipe de travail m’ont en particulier intéressé par leur nouveauté et leur complexité. Cela m’a permis de voir comment se tisse et s’organise l’ensemble des tâches au niveau d’un groupe de travail. De plus, j’ai bénéficié d’une sensibilisation et d’une formation à la sécurité en entreprise, complément indispensable de la formation reçue à l’INSA. J’ai également acquis de nouvelles connaissances techniques et scientifiques en matière de conception et d’analyse de matériaux. J’ai eu la chance de pouvoir aborder plusieurs aspects du métier d’ingénieur comme la conception, la programmation, la robotique ainsi que la caractérisation de matières plastiques par le biais d’analyses scientifiques. Enfin, ce stage à été très bénéfique dans l’évolution de mon niveau d’anglais : en effet ce dernier s’est déroulé intégralement en langue anglaise et j’ai pu alors atteindre le niveau C2 lors du test Europass de la bourse Erasmus. La disponibilité des personnes qui m’ont accompagné a favorisé l’acquisition de connaissances techniques et scientifiques. C’est grâce à la bonne volonté de chacun que j’ai pu me familiariser avec les méthodes de travail d’un bureau d’étude et comprendre la nécessité évidente de rapprocher les bureaux d’études et les services de production : l’efficacité et le qualité du travail en dépend largement.
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BIBLIOGRAPHIE
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-‐ Interprétation of color data, PolyOne Corporation, version Octobre 2005 (Repère 2 dans le rapport)
-‐ Bejjani C., Khothabi N., Labib, C., Les couleurs, Mathématiques Appliquées et Génie Industriel, 2009, (Repère 3 dans le rapport)
-‐ Lafaye S., Gauthier C., Schirrer R., Analyzing friction and scratch tests without in situ observation, février 2008 (Repère 4 dans le rapport)