Montage et tests de fin de ligne de superordinateurs

Plus une voiture comprend de fonctions, plus ses appareils de commande doivent être performants. La demande de ce que l’on appelle les superordinateurs, qui soutiennent non seulement les télécommunications et le confort de conduite mais aussi la conduite autonome, augmente - et avec elle le besoin de solutions d’automatisation pour leurs éléments. Le spécialiste de l’automatisation Schnaithmann Maschinenbau GmbH a donc programmé sept robots KUKA pour qu’ils participent à la production de superordinateurs.

Des robots programmés intelligemment assemblent des superordinateurs

Avec détermination et précision, le bras du KR AGILUS saisit la pièce au plastique dont on a un besoin urgent pour le soi-disant High Performance Computer (HPC). Il le range dans le bon compartiment du stock tampon, où un autre robot le saisit et l’amène au contrôle des pièces. Rapides et précis, sept robots KR AGILUS au total travaillent main dans la main, selon un processus intelligemment programmé. Ils ne s’arrêtent jamais, ne laissent rien tomber, montent et contrôlent les superordinateurs avec le plus grand soin. Ils contribuent à ce que seuls des composants de la meilleure qualité soient intégrés dans les superordinateurs des véhicules.

Actuellement, les HPC permettent entre autres de télécharger des applications et des mises à jour de sécurité, mais à long terme, ils devraient également prendre en charge la conduite autonome. Les ordinateurs haute performance sont en quelque sorte le cerveau du véhicule et doivent traiter d’énormes quantités de données tout en étant suffisamment légers et compacts pour pouvoir être installés dans des véhicules plus petits. Pour pouvoir produire de manière rentable ces appareils de commande haute performance, il faut des solutions d’automatisation efficaces et flexibles.

Les KR AGILUS garantissent une efficacité sans faille dans l’automatisation du montage.

Pour le montage automatisé et les tests de fin de ligne (EOL) des pièces, un sous-traitant automobile a fait appel au spécialiste de l’automatisation Schnaithmann Maschinenbau GmbH et à KUKA. En effet, la PME spécialiste de l’automatisation de Remshalden, en Souabe, s’est spécialisée dans les solutions système dans les domaines des installations et des machines spéciales pour l’automatisation du montage et peut programmer plusieurs robots de manière à ce qu’ils s’entraident de manière souveraine et sûre.

« Nous avons trouvé l’automatisation modulaire particulièrement passionnante, parce qu’elle ne nécessite pas de périphérie rigide et qu’elle est extrêmement flexible. Si le design ou la construction d’une pièce change, la cellule correspondante est remplacée et le robot qui lui est affecté est reprogrammé - le montage peut reprendre », explique Chris Klöpfer, ventes techniques SL chez Schnaithmann.

Assurance qualité maximale grâce aux tests de fin de ligne

Schnaithmann a déjà réalisé de nombreux projets de clients avec des robots KUKA. Le sous-traitant automobile travaille depuis longtemps avec des solutions KUKA sur différents sites et apprécie le fabricant de robots qu’il considère comme une partenaire fiable et innovant dans l’automatisation du montage. Pour ce projet exigeant, le choix s’est également porté sur les robots KUKA. La construction svelte du KR AGILUS, ses multiples possibilités d’utilisation et sa peinture spéciale ESD+, en combinaison avec le contrôleur compact de robot KR C5, ont été, entre autres, des arguments convaincants. Fin 2021, le coup d’envoi de cette automatisation innovante dans la fabrication des superordinateurs a donc été donné.

« Le client voulait une solution qui offre un maximum de flexibilité et qui puisse être adaptée rapidement et à moindre coût lorsque les pièces changent », explique Joachim Roess, Global Key Account Manager chez KUKA, responsable du sous-traitant automobile. Il s’agissait de rendre les tests de fin de ligne du produit extrêmement fiables. En raison de leur importance pour la sécurité de la conduite, les superordinateurs sont soumis aux réglementations particulièrement strictes de la certification « Advanced Autonomous Driving Technology ». Des microfissures non détectées dans des superordinateurs pourraient provoquer des pannes dans l’Advanced Driver Assistance System (ADAS, système d’aide à la conduite). Ces microfissures doivent être exclues par un montage extrêmement précis et entièrement automatisé sous protection ESD+ ainsi que par des contrôles tels que des tests EOL fiables.

La perfection au millimètre près du KR AGILUS dans le flux de travail Chaku-Chaku.

Robots dans le flux Chaku-Chaku

Les installations comparables utilisent souvent des lignes avec des convoyeurs, mais les entreprises de production sont ainsi limitées à certaines tailles. « Si le produit change ou si le processus de test de fin de ligne change, même partiellement, cela peut entraîner des modifications de construction coûteuses dans le cas de concepts d’installation rigides », cite Joachim Roess en exemple. C’est pourquoi Schnaithmann et KUKA ont proposé une solution avec plusieurs robots autonomes travaillant selon le principe du Chaku-Chaku.

Avec le principe du Chaku-Chaku, la pièce à usiner est déposée directement main dans la main par le robot à la station et de là, une fois usinée, le robot continue à l’acheminer vers la station suivante - sans utiliser de moyens de transport supplémentaires tels que des convoyeurs classiques. Les robots déplacent donc directement les pièces d’une station à l’autre et les y traitent. D’une part, cela nécessite moins de périphérie et, d’autre part, offre plus de possibilités pour les adaptations futures de l’installation, car les robots peuvent être facilement placés à un autre endroit et reprogrammés.

Une équipe bien rodée : Les KR AGILUS travaillent main dans la main sans se toucher.

Le principe du Chaku-Chaku suppose toutefois que les robots communiquent intelligemment entre eux et que leurs espaces de travail se déverrouillent mutuellement. L’application de manutention Chaku-Chaku classique permet aux robots, placés librement dans l’espace sur des supports et des socles, d’effectuer leurs opérations dans un ordre prédéfini avec précision.

Les robots KUKA, qui agissent librement selon le principe du Chaku-Chaku, se passent totalement de collègues humains.

Une précision maximale grâce à la simulation et à des tests EOL approfondis

La simulation du processus de production avant la mise en service de l’installation grâce au logiciel KUKA.Sim a permis d’identifier le flux de travail idéal pour la production. Ce déroulement parfait et économique de la production se réfère d’une part à la durée de cycle, d’autre part à l’exploitation idéale des robots. Outre la réduction des composants matériels à un minimum et le gain de place qui en découle, cela va de pair avec une adaptabilité maximale aux exigences changeantes des pièces.

Gain de place et automatisation : chaque opération suit un ordre bien défini.

De cette manière, l’installation peut être modifiée rapidement et facilement en fonction des adaptations nécessaires. Et grâce à des contrôles approfondis au sein du système de test, notamment par EOL, Schnaithmann, KUKA et le sous-traitant automobile atteignent ensemble l’objectif suivant : que seuls des éléments de la plus grande qualité soient utilisés dans les ordinateurs haute performance.

En route de manière compacte avec le KR AGILUS, le KR C5 micro et une programmation intelligente

L’équipe de Schnaithmann a opté pour sept robots KR AGILUS qui coopèrent dans l’installation entièrement automatisée, sans aucun collaborateur humain. Cinq de ces robots chargent et déchargent les stocks tampon avec des composants, deux se chargent du test de fin de ligne proprement dit à l’aide d’un système de vision. Le KR AGILUS convainc d’emblée par son design svelte, sa polyvalence et sa précision, ainsi que par sa classe de protection IP67 et sa classe de salle blanche ISO 4.

Tous les robots KR AGILUS sont certifiés et correspondent au standard ESD+. Ils répondent ainsi aux exigences élevées de l’industrie automobile.

Le robot à six axes est prédestiné pour le Chaku-Chaku car il peut être combiné avec le contrôleur de petits robots particulièrement compact et efficace sur la plan énergétique, le KR C5 micro. Celui-ci est convaincant dans toutes les positions de montage - ici, il a trouvé sa place sur la plate-forme du robot. Une armoire de commande supplémentaire avec un câblage rigide et non flexible n’est pas nécessaire ici. La construction compacte du KR AGILUS, combinée à l’un des contrôleurs de robots les plus compactes du marché, répond exactement à l’objectif du sous-traitant automobile : une flexibilité maximale dans les pièces grâce à une extension et une adaptation rapides et économiques de l’installation.

Défis relevés grâce à une peinture spéciale et au logiciel KUKA System Software (KSS)

« Les robots KUKA sont certifiés ESD de manière standard selon les normes les plus récentes », explique Joachim Roess, « mais lorsqu’il s’agit de la conduite autonome, les exigences sont plus sévères que dans le domaine de l’électronique en général, voire que dans la fabrication de semi-conducteurs ». En effet, même un faible niveau de charge électrique peut provoquer microfissures, qui ne peuvent pas être détectées par le contrôle final de l’appareil de commande, mais qui entraînent une réduction de la durée de vie de la pièce. Pour éviter cela, le sous-traitant automobile a demandé une peinture spéciale qui contient des particules métalliques dissipatives, non seulement pour le robot, mais aussi pour son pied et son socle.

Souhaité - livré : tous les KR AGILUS de l’installation sont désormais conformes à la norme ESD+. Une telle norme ne peut guère être atteinte dans la production avec des collaborateurs humains : les cheveux et les vêtements humains ont tendance à se charger d’électricité statique, de sorte que des vêtements de travail spéciaux sont nécessaires pour tous ceux qui entrent en contact avec les pièces électroniques sensibles. En outre, l’utilisation des robots permet de lutter contre la pénurie générale de main-d’œuvre qualifiée. En effet, il est difficile de trouver du personnel pour des tâches monotones, répétitives et de surcroit exigeantes.

Le flux de travail Chaku-Chaku parfait

Un autre défi a été de programmer les robots de manière à ce que les espaces de travail respectifs soient parfaitement coordonnés. Les sept KR AGILUS doivent prendre le moins de place possible dans le hall, mais les bras et préhenseurs ne doivent pas entrer en collision. « Dans notre système d’exploitation KSS, de tels espaces de pièces peuvent être implémentés de manière standard », raconte M. Roess, « de sorte que la commande pilote puisse toujours déterminer quand un espace est libéré pour le robot A et quand il l’est pour le robot B, afin de pouvoir éviter de manière sûre une collision entre les robots. »

Les solutions d’automatisation comme celles-ci sont évolutives. Elles sont utilisées dans la production de HPC pour les voitures électriques innovantes.

L’aspect pratique est que des robots supplémentaires sont ajoutés à une installation, ils peuvent eux aussi être reconfigurés rapidement et exécuter les commandes main dans la main avec les autres KR AGILUS. L’extension par l’ajout de machines ou à d’autres composants est également facilitée.

Conclusion et perspectives : une solution d’avenir

Nous travaillons de préférence avec KUKA, car la capacité de livraison a été bonne, même pendant les périodes difficiles.

Chris Klöpfer, ventes techniques SL, Schnaithmann

Le projet actuel l’a prouvé une fois de plus. Le client, sous-traitant automobile international, est lui aussi extrêmement satisfait d’avoir trouvé avec KUKA un fabricant de robots compatibles ESD dans le domaine de l’électronique. Joachim Roess révèle que l’installation, qui est en service depuis quelques mois, doit encore être agrandie. « Une deuxième station de test est déjà prévue - cela peut être mis en place rapidement et facilement, car ce type de solution est évolutif », estime M. Roess. Le besoin de superordinateurs pour les voitures électriques innovantes va continuer à augmenter, prévoient les experts - des solutions d’automatisation comme celle-ci contribuent à répondre à la forte demande et à produire de manière rentable.

En attendant, le sous-traitant automobile travaille avec KUKA et des intégrateurs sur d’autres solutions innovantes pour la mobilité de demain. Ainsi, un projet de recherche a prouvé que le robot mobile KMR iiwa est adapté pour assister dans le placement à grande vitesse de cartes de circuits imprimés. En tant que partie du processus de splicing, il veille à ce que les pièces sensibles soient placées de manière fiable, rapide et précise aux endroits prévus à cet effet sur la carte PCB. Une étape de plus du sous-traitant automobile international pour rendre sa production, et donc la mobilité de demain, encore plus efficace et innovante.