La servopneumatique,base de l’équilibreur innovant

Que faire lorsque vous souhaitez optimiser la production interne et que les solutions standard du marché ne répondent pas à vos souhaits ? En développer une en interne, pensaient les ingénieurs de Zuidberg. L’entreprise établie à Ens conçoit et produit des composants pour les machines agricoles, notamment les prises de force avant (PTO) de tracteurs. Et c’est précisément pour la nouvelle ligne d’assemblage innovante de prises de force avant que l’entreprise a développé et construit cinq équilibreurs qui rendent le travail des assembleurs plus ergonomique. Le Balancer Kit de Festo est intégré dans la solution.

L’entreprise Zuidberg à Ens est assez particulière. Ses relevages et prises de force avant (lire l’encadré) et les entraînements à chenilles pour les machines agricoles sont vendus dans le monde entier alors que la production est ancrée aux Pays-Bas. Si de nombreuses entreprises externalisent leurs activités, Zuidberg fait l’inverse. Pratiquement tous les composants sont réalisés, assemblés et testés en interne. C’est ce que l’on peut notamment voir sur le site à Ens où l’entreprise possède cinq halls, quatre divisons d’exploitation et emploie 400 collaborateurs. Il y a à peine 40 ans, Henk Zuidberg construisait son premier relevage avant pour son frère éleveur laitier. Suite à la forte croissance et à la demande internationale, l’entreprise a régulièrement innové, même dans le domaine de la technologie de production. C’est ce qui explique la mise en service récente de la ligne d’assemblage pour les prises de force avant. L’accent est mis sur le flux efficient des composants, une capacité supérieure et surtout une meilleure ergonomie pour les assembleurs. Les ingénieurs de Zuidberg ont développé un équilibreur ergonomique pour la manutention des composants en début de ligne jusqu’au maniement des prises de force avant complètes en fin de ligne. Il s’agit d’un système de levage de charges lourdes où le poids de la charge est compensé par de l’air comprimé.

Ergonomie et manutention

Pourquoi développer un tel produit quand on peut acheter des équilibreurs prêts à l’emploi ? Toon van Steenoven, Manufacturing Engineer chez Zuidberg, nous répond: « Nous avons développé ces équilibreurs d’un point de vue ergonomique. Lors de l’élaboration de la ligne d’assemblage, nous avions remarqué qu’il y avait plusieurs points de manutention pour lesquels nous n’avions pas de solution satisfaisante. Il y a en effet des entreprises qui conçoivent des équilibreurs. Elles proposent des solutions complètes, aussi pour nos produits spécifiques, mais les solutions ne correspondaient pas à ce que l’on cherchait. Développer un produit permet de construire précisément ce à quoi on pense. Nous avons étudié l’aspect ergonomique mais aussi la manutention des produits. »

Traçabilité des produits

À la nouvelle ligne d’assemblage des prises de force avant, les composants arrivent dans une caisse. Via le code RFID indiqué sur la caisse, les plans sont automatiquement visualisés sur les écrans de la production et les paramètres des machines et des outils sont téléchargés. Les vis sont serrées selon le bon couple et angle de rotation. Les données sont sauvegardées via un système track & trace. Qui fait quoi et quand: tout est suivi. Toon Van Steenoven: « Les équilibreurs légers ont une capacité de levage d’environ 40 kg, les plus lourds de 80 kg. La version plus lourde permet aux assembleurs de lever des prises de force avant complètes. Jadis, on les tournait manuellement sur l’établi, tout est plus ergonomique aujourd’hui. » Les cinq équilibreurs intégrés à la ligne de production ont pratiquement tous la même structure. Seules les pinces sont spécifiques à la station de travail concernée. À la première station de travail, la pince est pilotée pneumatiquement. À la troisième station, la pince effectue une rotation grâce au moteur pas à pas et au réducteur à vis sans fin. Quand rien n’est suspendu, l’équilibreur est en apesanteur et l’assembleur peut le manier pour prélever un produit ou un composant. Une fois le produit fixé, la commande passe en mode de contrainte. L’opérateur peut alors diriger l’équilibreur avec le produit dans une direction.

Pneumatique et partiellement électrique

Les équilibreurs ou potences de levage sont alimentés de plusieurs manières. Pourquoi Zuidberg a-t-elle choisi la pneumatique et l’électricité en partie ? « Le volet pneumatique est dédié au levage et au serrage », explique Tom Van Steenoven. « L’entraînement électrique est utilisé pour la rotation de la pince et est en 48 Volt. Nous ne voulions pas de 380 Volt pour des raisons de sécurité. De plus, un tel moteur pas à pas est plus compact et s’intègre bien dans le concept. »

Les ingénieurs de Zuidberg ont sélectionné le moteur pas à pas et le servocontrôleur en boucle fermée correspondant sur le site web de Festo. « Nous avons aussi choisi les éléments du Balancer Kit YHBP via le site de Festo », poursuit Willem van der Wal, Senior Sales Engineer chez Festo, qui a été étroitement impliqué dans l’application de Zuidberg.

Une collaboration triangulaire

Les premiers contacts pour le Balancer kit ont eu lieu via Duursma, le distributeur de Festo à Lelystad. « En effet », confirme Marcel Kluin, responsable du site Duursma à Lelystad. « La première demande pour le Balancer Kit est venue de Tom. Comme c’est un produit relativement nouveau, nous voulions en discuter avec Festo. C’est ainsi que nous avons contacté Willem et que nous avons déployé une collaboration triangulaire. »

Willem Van der Wal poursuit: « Lors d’un nouveau produit, nous – fabricant – n’hésitons pas à nous rendre chez le client pour présenter les diverses options. Avec les spécialistes de Festo Allemagne et Zuidberg, nous avons établi les listes de pièces pour leur Balancer kit. Elles ont ensuite été envoyées chez Duursma. Une fois le processus lancé, Zuidberg et Duursma peuvent idéalement le poursuivre ensemble et nous – fabricant – nous retirons. C’était un projet très spécial. C’est aussi un produit relativement nouveau pour Festo Pays-Bas et Zuidberg est le premier client aux Pays-Bas à utiliser le Balancer Kit. En Allemagne et en Tchéquie, le Balancer kit est largement utilisé dans l’industrie automobile. De belles vidéos sont à voir sur Youtube. »

Le Balancer Kit YHBP

Festo a développé le Balancer Kit YHBP pour l’industrie automobile où nombre de potences et palans de levage sont mis en oeuvre. Le Balancer Kit se compose de composants standard. Tout d’abord, il y a le vérin de type DSBG qui fournit la puissance pour le déplacement de la charge. Le vérin est disponible dans plusieurs tailles en fonction de la charge à déplacer. Pour l’enregistrement de la position et de la vitesse, il y a le codeur linéaire DNCI-32. L’unité de distributeur de type VPCB se compose notamment d’un manodétendeur proportionnel 3/3 et de deux clapets 2/2.

La commande est de type CECC-D-BA avec des fonctions d’équilibrage spéciales prévue dans le logiciel préinstallé, lequel possède une visualisation web basée sur un navigateur pour la mise en service et le diagnostic. Il y a aussi une interface de capteur de type CASB et un élément de commande avec poignée de type VAOH.

Pour la sécurité, Festo a pensé à ajouter un relais de sécurité Pilz. Willem Van der Wal: « Avec un levier, l’assembleur déplace la charge avec une force de moins de 10 Newton. Vous pouvez la faire bouger en avant et en arrière, ou la laisser dans une position et bloquer le poids. Si le poids vient subitement à tomber, l’équilibreur reste dans sa position. Il n’y a pas de rebond vers le haut. Un autre avantage est que l’équilibreur consomme très peu d’air. »

Paramétrage à distance

L’entreprise Zuidberg est extrêmement satisfaite du Balancer Kit et des options. Les ingénieurs ont fait les calculs mécaniques en termes de jeu de forces. Dans le domaine du logiciel, ils sont aussi satisfaits du logiciel de base de Festo. « Le logiciel de l’équilibreur est vraiment bien conçu. On peut le configurer comme on veut », déclare le Software engineer Pim Schonenberg qui, pendant l’interview, a établi une connexion avec le Balancer kit en production. « On peut visualiser la pression actuelle, la position et la masse suspendue. On peut aussi réaliser un diagnostic partiel et visualiser les notifications d’erreur, tout cela grâce aux composants et au software de Festo. Le raccordement est très simple. Il faut d’abord raccorder les composants puis ouvrir l’adresse IP de la commande pour la définir. Il s’agit ensuite d’introduire les paramètres et la commande de l’équilibreur calcule les paramètres de réglage. Après les tests, nous avons ajusté et affiné l’équilibreur. Seuls les moteurs pas à pas sont pilotés par l’automate de Siemens via ProfiNet et notre logiciel. »

Les ingénieurs de Zuidberg utilisent l’Automation Suite de Festo notamment pour le calcul du moteur pas à pas. L’Automation Suite intègre les fonctions basiques de tous les composants Festo. Le paramétrage, la programmation et la maintenance sont combinés dans un seul programme. Le logiciel visualise la topologie de la machine de manière très compréhensible. En fait, le calcul est réalisé dans une autre logiciel, jadis PositioningDrives, aujourd’hui Electrical Motion Sizing. Les résultats du dimensionnement peuvent être importés dans le logiciel FAS pour une mise en service rapide. Pim Schonenberg: « Ce qui est formidable, c’est que vous pouvez le tester sans activer le lien vers l’automate. Ensuite, il suffit d’activer l’automate et cela fonctionne. » Toon van Steenoven confirme: « Je ne pense pas qu’il nous ait fallu beaucoup de temps pour rendre les équilibreurs opérationnels. »

Les ingénieurs de Zuidberg sont aussi satisfaits de l’importation des fichiers CAO pour les composants Festo : « Nous ne dessinons rien. Festo a tous les modèles disponibles, ce que tous les fabricants n’ont pas. C’est un must aujourd’hui. »

Chez Zuidberg, un nouvel équilibreur est déjà en cours de développement. Il s’agit d’une version autonome pour les composants plus lourds. Il sera prochainement installé dans le hall d’assemblage où sont construits les boîtiers des prises de force avant.

Relevage avant et prise de force avant

Qu’est-ce qu’un relevage avant et une prise de force avant ? Un relevage avant est un bras mécanique qui est monté à l’avant d’un tracteur afin d’y atteler un outil, l’abaisser en position de travail ou le relever pour le transport. Zuidberg et ses plus de 1.000 modèles possède un système de relevage avant adapté à pratiquement chaque tracteur. Une prise de force avant ou front PTO (power take off) émerge simultanément avec le relevage avant. Elle se compose d’un ensemble d’engrenages qui réduit le régime et d’un embrayage multi-disques à bain d’huile à déclenchement réglable proportionnel pour un démarrage en douceur de l’outil.

Vue d'ensemble