Lo stabilimento TRUMPF di Haguenau in marcia verso l’era dell’Industria 4.0 con la saldatura robotizzata.
Impianto chiave del gruppo TRUMPF, lo stabilimento di Haguenau (Basso Reno, Francia) produce basamenti per macchine da taglio laser e di punzonatura per tutte le linee di montaggio europee. Esemplare nelle sue practice di miglioramento continuo e di project management, nel 2016 si è impegnato nella robotizzazione delle linee di saldatura e nella programmazione off-line, con l’obiettivo di incrementare la produttività, migliorare la qualità e la transizione verso l’Industria 4.0.
Un sito strategico per il gruppo
Lo stabilimento di Haguenau è un’entità unica all’interno del gruppo TRUMPF, leader mondiale delle macchine utensili per la lavorazione della lamiera e dei laser industriali (11.000 dipendenti, 2,8 miliardi di euro di fatturato). Dedicato all’assemblaggio dei basamenti per le macchine da taglio laser e di punzonatura, lo stabilimento di Haguenau fornisce tutti i siti di montaggio europei e, talvolta, gli USA e la Cina. L’impianto è pertanto il centro di competenze mondiale del gruppo per la saldatura e la lavorazione di questi basamenti. Da una quindicina d’anni a questa parte, il suo ruolo è diventato ancora più strategico, poiché è stato realizzato un trasferimento di valore aggiunto dalla fase di montaggio delle macchine alla fase precedente di fabbricazione del basamento. Tutto questo è dovuto a una maggiore complessità dei prodotti, a un numero maggiore di opzioni integrate nel basamento, e un numero più grande di saldature e superfici lavorate.
“Con 140 addetti, siamo un sito piccolo all’interno del gruppo, ma il nostro ruolo è molto importante in quanto primo anello della catena di produzione di TRUMPF”, riassume Tomas Wolf, Direttore dello stabilimento di Haguenau. Le cifre parlano da sé: 1.600 basamenti assemblati ogni anno, 10.000 tonnellate d’acciaio e 12.000 km di filo per saldatura consumato, 8 centri di lavorazione di grandi dimensioni che lavorano al centesimo di mm fino ad una lunghezza di 12 m, una precisione unica in Europa… A partire dai pezzi tagliati forniti da subappaltatori locali, lo stabilimento di Haguenau realizza la saldatura, la lavorazione e la verniciatura. Produce in just-in-time, senza stock di materiali e consegna i basamenti alle linee di assemblaggio in un intervallo di tempo molto breve. Di conseguenza, la produzione è organizzata in linee con un ritmo di produzione cadenzato.
L’automazione, chiave del miglioramento continuo della fabbricazione
“La riflessione sulla robotizzazione della saldatura si inserisce nella logica di miglioramento continuo dei nostri metodi di produzione”, spiega Tomas Wolf. “Dai 25 giorni del 1994 tra l’inizio della saldatura e la spedizione del basamento, siamo passati in media a 10 giorni e siamo in grado, se necessario, di consegnare un basamento di macchina laser in 7 giorni. Questi guadagni di tempo sono stati possibili grazie a miglioramenti strutturali, organizzativi e legati alle qualifiche del nostro personale. Pertanto, ormai possiamo affermare con certezza che è l’automazione che in futuro ci consentirà di essere ancora più competitivi.”
Un’analisi strategica condotta all’interno dell’impianto ha consentito di individuare tre principali motivazioni a favore di una maggiore diffusione dell’automazione: la sostituzione delle competenze che andranno perse nei prossimi anni tenuto conto dell’invecchiamento degli addetti, la necessità di avere un parco macchine in grado di comunicare tra loro per entrare senza difficoltà nell’era dell’Industria 4.0 ed il miglioramento della qualità: l’automazione, grazie ai robot, consente di stabilizzare i processi e di aumentare il livello degli standard.
Una cella a due robot programmati in modalità offline
Dopo diversi anni di riflessione, la soglia verso la robotizzazione è stata varcata nel 2016. L’impianto ha investito in una cella Yaskawa composta di due robot “twin” montati ciascuno su un asse lineare da 13 m ed operanti in maniera simultanea. L’obiettivo è raddoppiare la produttività con il robot, in altre parole dimezzare i tempi di saldatura sui basamenti delle macchine laser, il cui volume di produzione giustificava la priorità dell’avvio di un processo di robotizzazione.
Sostenuta dall’esperienza della lavorazione, la scelta della programmazione off-line era chiara sin dall’inizio. Programmare un centro di lavorazione per auto-apprendimento richiede molto tempo, non consente alcuna simulazione e penalizza la produzione immobilizzando le macchine. Lo stesso vale per un robot di saldatura. “Per noi, la programmazione per auto-apprendimento non è professionale”, considera Tomas Wolf. “La cella è soltanto un utensile, l’intelligenza risiede nel programma e, pertanto, è necessario disporre di un buon software”. D’altro canto, la programmazione off-line consente di calcolare molto precisamente i tempi di saldatura grazie alla simulazione. Per un centro di costi, si tratta di un’informazione essenziale che può essere presa in considerazione dall’ufficio di progettazione.
Sono state studiate diverse soluzioni di programmazione off-line ed il team incaricato del progetto ha visitato numerose aziende, la maggior parte delle quali disponeva già del software Alma. Al di là della popolarità della soluzione, l’utilizzabilità è stato il criterio principale della scelta del software. “Il software di Alma ci è sembrato molto semplice da comprendere e da utilizzare”, spiega Tomas Wolf. “E da un punto di vista del servizio, abbiamo potuto costatare rapidamente che Alma era un’azienda flessibile, aperta e molto disponibile. Il loro supporto è stato molto apprezzabile e la partnership con Yaskawa molto efficace.”
Per noi, la programmazione per auto-apprendimento non è professionale. La cella è soltanto un utensile, l’intelligenza risiede nel programma e, pertanto, è necessario disporre di un buon software.
Un approccio globale e pragmatico
“Allo scopo di imparare il più possibile, abbiamo fatto la scelta di cominciare dal prodotto più complesso da saldare”, prosegue Tomas Wolf. “L’obiettivo non era di guadagnare denaro immediatamente, né di passare dall’oggi al domani alla saldatura robotizzata, poiché i benefici della robotizzazione devono misurarsi sul lungo periodo. Tuttavia, il progetto è stato portato completamente a termine: in 12 settimane circa dall’installazione della cella in autunno 2016, siamo stati in grado di produrre in quasi-serie.”
Un altro motivo di soddisfazione è la maniera in cui il progetto è stato preparato a monte. “Abbiamo preso tempo per riflettere ed organizzare il lavoro, e questo ci ha consentito di trarne vantaggio nella fase di messa in servizio”, osserva Christophe Seibert, ingegnere Progetto e Investimenti. In modo analogo, sono state molto ben gestite le diverse fasi del progetto: installazione, stabilizzazione, ed ora ottimizzazione.
Prodotti complessi da assemblare e da saldare
Ad oggi, sono stati robotizzati quattro prodotti all’interno della gamma di basamenti delle macchine laser, i quali hanno la particolarità di dover essere saldati in due tappe. “Prima, si salda l’interno del longherone, poi si aggiunge una lamiera posteriore e si salda l’esterno in un secondo passaggio; ciò rappresenta in totale circa 500 cordoni”, spiega Christian Reeber, tecnico di saldatura ed utente del software act/weld. “La configurazione della cella consente di lavorare in maniera pendolare: i robot saldano su una postazione, mentre su un’altra si effettua il montaggio della lamiera posteriore.” Per essere più rapidi, i due robot saldano contemporaneamente quando la posizione del pezzo lo consente. Il tempo ciclo è di circa 4,5 ore, in procinto di essere ridotto a 4 ore grazie all’ottimizzazione dei programmi nell’ambito del miglioramento continuo.
Per consentire il reset del programma virtuale rispetto al pezzo reale, è indispensabile la tastatura. “Realizziamo quasi 600 tastature su un basamento”, sottolinea Christian Reeber. “Ciò richiede molto tempo, ma è necessario per garantire la qualità di saldatura su assemblaggi meccano-saldati di grandi dimensioni. In modo analogo, la nostra esperienza del robot e della programmazione off-line ci ha consentito di ridurre le deformazioni dei pezzi al momento della saldatura, passando da 5 o 6 mm a zero!”
Alma ci ha aiutato ad acquisire una metodologia semplice per la programmazione dei robot ``twin`` che non è, a priori, evidente, e la loro esperienza sulla tastaura ci è stata altrettanto preziosa.
Un approccio collaborativo per migliorare le competenze
Testare, correggere, migliorare, imparare sono le parole chiave dell’approccio di auto-apprendimento del team incaricato della saldatura robotizzata. “Dopo un primo training presso Yaskawa sul robot, poi in Alma per prendere familiarità con la programmazione off-line, ho lavorato da 2 a 3 ore al giorno sul software durante l’estate 2016, e ciò mi ha consentito di diventare autonomo e di realizzare i miei stessi programmi”, racconta Christian Reeber. “Il primo ha richiesto circa 3 settimane, ma ora sono in grado di crearne uno nuovo in 6 o 7 giorni, benché in questa fase di ottimizzazione, faccio ancora delle modifiche per ottimizzare la qualità dei programmi.” Il feedback dell’officina è anch’esso molto importante e Christian Reeber chiede sempre agli operatori di segnalargli gli eventuali problemi riscontrati sul robot. “Con il team dei saldatori, Yaskawa e Alma, abbiamo portato a termine un grosso lavoro di messa a punto.”
Il supporto tecnico assicurato dall’ingegnere di applicazione di Alma nel corso di tutto il progetto è stato molto apprezzato dagli utenti e dai responsabili di TRUMPF. “Alma ci ha aiutato ad acquisire una metodologia semplice per la programmazione dei robot “twin” che non è, a priori, evidente, e la loro esperienza sulla tastaura ci è stata altrettanto preziosa”, osserva Christophe Seibert. “La hot line è molto disponibile e il collegamento remoto è molto pratico”, aggiunge Christian Reeber. “Siamo anche stati fortunati ad incontrare altri utenti del software in EIFFAGE, dove hanno in dotazione più o meno la stessa cella. Abbiamo imparato molto in pochi mesi e abbiamo potuto forgiare la nostra stessa esperienza di programmazione off-line.” Il fattore umano è decisivo per il successo di un progetto di questa natura. Con il suo approccio globale ed il suo smart project management, TRUMPF l’ha capito subito.
Una nuova cella robotica in produzione nel 2018
Dopo questo debutto molto positivo per la saldatura dei basamenti di macchine laser, l’automazione sarà ben presto estesa ai basamenti delle punzonatrici. L’avviamento di una nuova cella Yaskawa è previsto a fine 2017 per un inizio di produzione in serie all’inizio del 2018. La configurazione studiata è basata su due robot montati ciascuno su una struttura portante a 3 assi, senza posizionatore, che a priori non lavoreranno in modo simultaneo.
Sulla nuova cella saranno saldati nove prodotti, con basamenti molto più spessi che comportano meno pezzi rispetto ai basamenti di macchine laser. “Dovrebbero essere più semplici da gestire in termini di accessibilità e probabilmente più facili da programmare, ma dovremo gestire la saldatura in modalità multi-passata per i cordoni molto spessi, ovvero fino a 8 o 10 passate”, prevede Christophe Seibert.
Sarà installata una nuova postazione di programmazione off-line Alma e una seconda persona riceverà la formazione sul software. Ciò consentirà di assorbire i programmi supplementari da realizzare ed il lavoro di ottimizzazione degli stessi. Se necessario, i due programmatori potranno anche sostituirsi e mettere in comune le loro competenze. In questa fase, sarà garantita una formazione complementare sulla programmazione off-line, in particolare sulla programmazione multi-passata e sul raccordo negli angoli. Saranno approfonditi anche alcuni punti legati al processo come, ad esempio, l’attacco su una passata già realizzata. Una ragione in più per conferire a Christian Reeber e al suo futuro omologo lo status di “esperti assoluti” nella programmazione off-line di Alma!