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Les petites servocommandes peuvent être la clé de la machine de personnalisation de masse adaptative

29 Sep 2021
Experts Kollmorgen

 

beverage mass customization

Tendances du secteur et du marché

En quelques clics et sur simple pression d'un bouton, les consommateurs peuvent désormais commander des lunettes personnalisées, des vestes sur mesure produites sur une machine à tricoter 3D et des chaussures créées à partir d'un modèle basé sur une application photographique. Cette personnalisation de masse change non seulement la façon d'acheter des consommateurs, mais aussi la façon dont les produits sont fabriqués. Toutefois, pour les fabricants désireux de proposer des fonctionnalités de personnalisation, il ne suffira pas d'acquérir une imprimante 3D ultra-moderne ou un équipement dernier cri pour réaliser la vraie personnalisation de masse à une taille de lot de 1. Il est important de connaître l'ensemble de la chaîne logistique utilisée, de la création et de la conception du produit à sa fabrication et à la logistique.

Les nouvelles technologies remettent un vieux concept au goût du jour

Auto mass customization Le concept de personnalisation de masse n'est pas nouveau. Toyota s'y intéresse dès la fin des années 1980 et Nike l'a mis en œuvre à la fin des années 1990. Toutefois, les nouvelles technologies mènent rapidement les consommateurs vers des expériences plus interactives, plus personnalisées et de fabrication sur demande. La personnalisation, qui se limitait autrefois à quelques options sur un document de vente, est devenue une expérience plus engageante et individualisée quel que soit le secteur : l'industrie alimentaire, les produits pharmaceutiques, l'automobile ou l'habillement.

Le moteur de ce changement est une évolution des technologies grand public et de fabrication. Les consommateurs utilisent les technologies mobiles pour individualiser l'expérience d'achat et font évoluer les chaînes logistiques traditionnelles (ainsi que le discours autour du développement durable). Les équipementiers, à leur tour, créent des machines plus perfectionnées capables de réaliser des mouvements plus précis et plus complexes qui adaptent les produits individuels et les envois aux besoins des clients. Toutefois, à ce stade, ce sont les consommateurs qui tirent les équipementiers et les fabricants vers la personnalisation de masse. Cette situation profite aux consommateurs, nuit au taux de rendement global des fabricants mais peut être une aubaine pour les équipementiers à condition qu'ils s'y préparent.

Les équipementiers tentent de rattraper les consommateurs

La pression est désormais sur les équipementiers, qui doivent réagir. Mais c'est plus facile à dire qu'à faire. Historiquement, les fabricants cherchaient à optimiser leurs installations pour des cycles de production longs générant des lots importants. Les changements nécessitent d'arrêter la ligne, de la nettoyer et de la convertir. Cela prend du temps, coûte de l'argent et retarde le délai de mise sur le marché. Dans le monde de l'impression, de l'emballage, du remplissage et de la palettisation, les entreprises sont désormais de plus en plus invitées à mettre en œuvre une personnalisation de masse individuelle pour répondre aux besoins d'autres entreprises de la chaîne logistique. La possibilité d'effectuer des changements à la volée, c'est-à-dire sans arrêter une ligne de production, permettrait d'améliorer sensiblement le taux de rendement global et d'accélérer les réactions du marché.

Par exemple, un fabricant produit actuellement 20 000 bouteilles avec un emballage standard. Mais un détaillant souhaite tirer parti d'un événement et commander 5 000 bouteilles avec un emballage personnalisé à livrer à des adresses bien spécifiques. De l'impression à la livraison, tous les fabricants intervenant dans la chaîne logistique devraient produire à la demande. Dans l'idéal, les fabricants devraient pouvoir suspendre leurs productions en cours, se connecter directement à un système de gestion de la clientèle et réaliser les changements à la volée. En n'ayant pas à arrêter la production, les fabricants verront une hausse directe de leur taux de rendement global tout en exécutant toutes leurs commandes.

Équipementiers : la nouvelle génération

La mise en œuvre d'une personnalisation de masse pour une taille de lot de 1 peut introduire de la souplesse et de la réactivité vis-à-vis du consommateur dans le processus de fabrication, mais exerce une pression énorme sur le cycle de production en termes de disponibilité, de performances et de qualité. Cette mesure de la disponibilité, des performances et de la qualité est le fondement du taux de rendement global :

  • Les machines doivent réduire le temps perdu au niveau des heures de production prévues lorsqu'un nouveau lot de production est requis.
  • Les équipementiers doivent connaître la vitesse réelle de la machine et de la production et s'assurer qu'elle est conforme.
  • Avec les changements de lots, il est essentiel que le nombre d'articles produits atteigne le quota requis et que ces articles présentent le niveau de qualité prévu.

Une nouvelle génération de machines, adaptatives, est requise pour s'adapter aux produits, pour remplacer le processus rigidement séquentiel où les produits s'adaptent aux machines. Les machines doivent être conformes aux modèles économiques numériques essentiels tels que la fabrication à la demande, l'e-commerce et le « direct au consommateur » tout en étant économiquement efficientes dans la production d'une taille de lot de 1. La machine adaptative est basée sur le mouvement synchronisé, à commande indépendante, de chaque produit ou kit sur une chaîne de fabrication. Ceci nécessite de se détourner de la définition traditionnelle de la machine et de commencer à considérer les machines comme des applications mécatroniques combinant des éléments mécaniques, électriques, électroniques et logiciels dans des modules prêts à l'emploi.

Tout commence avec le (Big) Data

Les consommateurs impulsent le mouvement vers la personnalisation de masse, qui repose sur la quantité énorme de données produites. L'idée fondamentale derrière le concept d'industrie 4.0 et de la machine adaptative est la standardisation des données et la façon dont elles sont échangées au sein d'un système (y compris à travers la chaîne logistique). Il s'agit non seulement des données extérieures à la production (c'est-à-dire des consommateurs), mais aussi des données créées pendant la production. L'analyse des données en périphérie de réseau permet aux fabricants d'évaluer et d'ajuster les performances des machines soit sous forme de processus interne soit depuis une autre machine en temps réel. L'analytique en périphérie de réseau est capable de traiter les données sans avoir à les envoyer dans le nuage informatique, ce qui permet de les intégrer dans un système de planification des ressources pour plus de souplesse et une meilleure planification.

Fabrication de la machine adaptative

L'utilisateur final est le moteur lorsque les équipementiers planifient leurs machines et leur valeur ajoutée. Pour réaliser une personnalisation de masse jusqu'à une taille de lot de 1, la machine doit adapter un produit par remplissage, impression, emballage ou palettisation. Même si les configurations existantes peuvent rendre difficile la personnalisation à la volée, les équipementiers peuvent concevoir leurs machines avec une technologie de mouvement avancée pour suivre le nombre croissant de références SKU requises en tant que sous-produit de la personnalisation de masse. Ils peuvent augmenter la souplesse de production tout en atteignant leurs objectifs en matière de taux de rendement global.

Les servocommandes se font plus petites

Pour les moteurs, la tendance est aux servocommandes plus petites. Voici quinze ans, la servo-encaisseuse moyenne possédait quatre axes de servocommande. Aujourd'hui, une encaisseuse peut avoir 16 à 20 axes, ce qui permet d'asservir des fonctions comme le pliage de rabat, l'équerrage, la compression et le changement de format. Les petits servovariateurs ajoutent de nouvelles capacités, automatisent encore davantage le processus et permettent aux équipementiers de différencier leurs produits.

Avec un nombre aussi important de combinaisons d'asservissements, de fonctions, de besoins de puissance et de schémas de contrôle, il ne peut pas exister une solution unique en matière de servovariateurs. Les équipementiers chercheront peut-être à combiner des dispositifs d'asservissement, des protocoles de communication et des capacités de moteurs. Par exemple, un moteur sans boîtier peut intégrer du mouvement directement au point d'articulation, ce qui permet d'éliminer tout poids et encombrement en excès ainsi que des composants inutiles comme des réducteurs, courroies et poulies. Toutefois, pour réellement garantir une production de haute qualité, une synchronisation en temps réel est nécessaire entre les axes de servocommande, la commande CNC et les systèmes robotiques.

Faire avancer le contrôle

Au-delà des aspects mécaniques d'un système de mouvement différencié, la capacité de réaliser la personnalisation de masse dépend de la connectivité. Un système connecté garantit que tous les appareils puissent être interconnectés. Par exemple, le contrôleur du système peut utiliser les données collectées pour contrôler le système et partager les données en fonction des besoins avec les appareils en amont.

Traditionnellement, les machines utilisaient des automates programmables pour traiter des informations discrètes et émettre des signaux suivis par les programmes séquentiels. Un contrôleur de mouvement séparé connecté à l'automate programmable par un bus de terrain contrôlait les servovariateurs. Cette configuration fonctionnait bien pour les lots de longue durée. Toutefois, le processus de fabrication numérique agile requiert un contrôleur de machine capable d'exécuter des tâches beaucoup plus complexes en parallèle. Ceci a conduit au développement de contrôleurs d'automatisation programmables qui permettent aux équipementiers de préparer l'équipement de production à l'industrie 4.0. Une plateforme matérielle en boucle fermée unique incorporant la logique et le contrôle de processus, la commande de mouvement, la visualisation, les langages de programmation de haut niveau et les outils de développement logiciel peut éliminer les problèmes d'interface et faciliter la mise en œuvre des principes de conception modulaire, y compris la personnalisation de masse à une taille de lot de 1. Lors de la sélection d'une plateforme de contrôle de dernière génération, diminuez le risque en recherchant la conformité avec des normes industrielles telles que CEI 61131-3 et PLCopen et des commandes capables de communiquer avec Ethernet TCP/IP (HTTP API), Profinet, EtherNet/IP et EtherCAT et de servir de passerelles vers ces protocoles.

Pour les fabricants, cette connectivité ouverte d'un bout à l'autre du système permet à leur logiciel de planification des ressources d'entreprise (ERP) de communiquer directement avec le système de mouvement et d'ajuster la production sur demande, soit au niveau de la machine soit au niveau du système de production dans son ensemble. Les risques d'erreur sont ainsi réduits, car les données sont transmises automatiquement par le système au lieu d'être transcrites ou saisies manuellement. Il n'existe aucun risque d'écrire incorrectement un nombre ou d'appuyer accidentellement sur plusieurs touches à la fois. Il s'agit d'un processus stable et connecté qui génère une productoin de plus haute qualité, moins d'erreurs, plus de productivité et donc un meilleur taux de rendement global.

Ne sacrifiez pas la qualité au profit de la vitesse

Le défi que pose la fabrication personnalisée réside dans le maintien de la qualité tout au long du cycle de production. Rapidité et flexibilité sont de bons arguments, mais pas au détriment de la qualité. Une variabilité de produit élevée requiert d'utiliser des systèmes d'inspection et de suivi perfectionnés, à la fois souples et intégrés. Par exemple, des systèmes de vision avancés, la sérialisation et le suivi peuvent être utilisés pour optimiser des processus d'impression, de remplissage, d'emballage et de palettisation de plus en plus complexes. L'utilisation du Big Data, de servomoteurs évolués et de protocoles de communication ouverts peut permettre de créer une homogénéité dans l'ensemble de la production avec un taux élevé de répétabilité, où le système communique en cas d'erreur.

Passage d'une taille de lot importante à une taille de lot de 1

La tâche peut sembler ardue, mais les fabricants peuvent rester compétitifs sans passer par une coûteuse modification de l'usine. Ils peuvent travailler avec des équipementiers partenaires pour convertir leur activité à la personnalisation de masse, voire à la taille de lot de 1.

  • Identifier quels secteurs de production profiteraient du passage à un système plus automatisé
  • Planifier de manière stratégique l'équipement en fin de vie et effectuer les mises à niveau et ajouts requis si nécessaire
  • Travailler avec un fournisseur de solutions de mouvement comme Kollmorgen pour déterminer comment effectuer une personnalisation optimale, rapide et efficace afin de créer des systèmes de mouvement différenciés.

Quant aux équipementiers, ils sont de plus en plus confrontés à des demandes de personnalisation de la part des fabricants (et, par extension, des consommateurs), mais jugent insuffisants les produits de mouvement du commerce disponibles. D'où l'utilité d'un partenariat avec un leader de l'ingénierie. Les équipementiers peuvent tirer parti de l'expertise de Kollmorgen dans le domaine de la co-ingénierie pour réaliser des solutions de mouvement et d'automatisation simples et puissantes. Fort de ses outils perfectionnés et de ses capacités de formation et d'assistance, Kollmorgen est le mieux placé pour diminuer la pression qu'exerce la personnalisation de masse et la taille de lot de 1 sur toute la chaîne logistique.

À propos de l'auteur

Experts Kollmorgen

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Ce blog est le fruit d'une collaboration entre une équipe d'experts en mouvement et en automatisation de Kollmorgen, comprenant des ingénieurs, du personnel du service clientèle et des experts de la conception. Quelle que soit l'avancée de votre projet, nous sommes là pour vous aider.

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