Un fabricant de tubes adopte la technologie numérique pour poursuivre l'industrie 4.0

Bien que les temps de cycle courts ne soient pas l'élément le plus critique du répertoire de Tectonics, ils sont utiles. Une machine de découpe laser avec un chargeur/déchargeur automatique minimise les temps de cycle.

Malgré la forte dépendance d'un fabricant typique à l'égard des machines, des outils portatifs, des ordinateurs et des logiciels, la fabrication a tendance à être axée sur les personnes. Les nombreux processus qui transforment les matières premières en produits semi-finis ou finis dépendent fortement des compétences, de l'éducation et de l'expertise des personnes impliquées.

Un acheteur commande du matériel ; à son arrivée, les inspecteurs vérifient que le matériel reçu est bien le matériel commandé ; les ingénieurs de fabrication programment une série de machines pour couper, percer, poinçonner, entailler et plier les pièces ; les opérateurs de machines effectuent ces opérations, ainsi que la manutention nécessaire du matériel ; les soudeurs et autre personnel qualifié joignent les pièces pour créer un assemblage ; les inspecteurs du contrôle qualité mesurent les dimensions clés et effectuent un contrôle visuel pour vérifier que l'assemblage est conforme à la commande du client. Enfin, le personnel d'emballage l'emballe et l'expédie. Pour une commande de 500 pièces, le personnel répète ce processus 499 fois.

Tectonics, Warren, Michigan, une filiale de Quantum Digital Group (QDG), travaillait de cette façon. Cependant, en utilisant la dernière technologie numérique disponible, l'entreprise s'est soumise à une transformation qui a changé sa façon de faire pratiquement tout. N'étant plus un fabricant artisanal, l'entreprise est devenue une entreprise d'ingénierie et de fabrication numérique. Il utilise la technologie numérique pour coordonner toutes les facettes de l'approvisionnement, de l'ingénierie, de la fabrication et de l'assemblage. Il a également digitalisé les interfaces qui facilitent les interactions avec les clients.

Au cœur des processus de Tectonics se trouve un fil numérique, une architecture de données en direct unique qui permet l'intégration de systèmes d'ingénierie avancés ; fabrication automatisée; logiciel personnalisé; capteurs sous tension ; et une plate-forme dans laquelle les algorithmes et l'apprentissage peuvent être améliorés, intégrés et déployés.

Le personnel de l'atelier effectue encore un certain nombre de tâches clés, mais dans l'ensemble, Tectonics s'appuie beaucoup plus sur le fil numérique que sur les personnes. Qu'est-il arrivé à l'acheteur, aux inspecteurs du contrôle de la qualité, au planificateur, au superviseur de l'atelier et à tout le travail qu'ils font ? L'industrie 4.0 leur est arrivée. Et tout le travail qu'ils font.

La boutique Tectonics est une boutique numérique.

Les données mesurables et quantifiables peuvent être représentées de deux manières : analogique ou numérique. Comme son nom l'indique, l'analogique est analogue à l'information d'origine, tandis que la technologie numérique utilise un schéma numérique et des fonctions mathématiques pour créer une réplique de l'information d'origine.

La photographie est un bon exemple des deux technologies. Faire une image analogique consiste à transférer une scène sur un film (exposer le film à la lumière), à ​​développer le film et à transférer la scène sur du papier photographique.

En photographie numérique, un capteur de l'appareil photo divisé en millions de rectangles ou de carrés (pixels) capture la scène. Chaque pixel capture une couleur ; un appareil photo de 14 mégapixels capture et enregistre 14 millions de pixels de lumière. Le logiciel de l'appareil photo crée une carte numérique de tous les emplacements de 14 millions de pixels et stocke la couleur pertinente dans chacun d'eux. Les couleurs sont représentées par des chiffres, par exemple, 000-000-000 (qui est noir dans le jeu de couleurs rouge-vert-bleu [RVB]) ou 255-255-255, qui est blanc RVB. Le fichier créé par le logiciel de l'appareil photo, une carte de 14 millions de pixels et la couleur stockée à chaque emplacement de pixel, peut être téléchargé sur un ordinateur, transféré vers une adresse e-mail ou envoyé vers une imprimante.

Une différence clé est la possibilité d'apporter des modifications. Une fois qu'une photo est imprimée, elle est terminée. Il est impossible de modifier la scène. Pour le meilleur ou pour le pire, les fichiers numériques peuvent être manipulés.

Le vice-président exécutif de Tectonics Mike Toribio (devant, à gauche) et le directeur général Lee Skandalaris (devant, à droite) ont dirigé l'équipe tout au long de la transition de la fabrication conventionnelle à la fabrication numérique. Les défis allaient bien au-delà du matériel et des logiciels. "Nous avons dû reconstruire toute notre infrastructure, en commençant par notre état d'esprit", a déclaré Toribio.

Autrefois, les dessinateurs utilisaient un crayon et du papier pour créer des impressions, ce qui est analogique. Ces jours-ci, ils utilisent des logiciels pour créer des fichiers numériques. Un fichier numérique complet d'un composant métallique, qui rend toutes les informations pertinentes disponibles et extractibles - dans le cas d'un tube : matériau, qualité, diamètre extérieur, épaisseur de paroi, longueur de pièce, angles de pliage, emplacements de pliage, tolérances dimensionnelles, etc. - ressemble à un fichier numérique d'une photographie en ce sens qu'il s'agit d'une carte. Cependant, il contient un peu plus d'informations qu'une simple carte métaphorique. Il contient des instructions pour amener le conducteur de l'origine à sa destination. Le bon logiciel peut extraire suffisamment d'informations pour vérifier que suffisamment de matières premières sont disponibles (ou commander suffisamment de matières premières pour exécuter le bon de commande) ; intégrer la commande au calendrier de production ; programmer les machines pour fabriquer les pièces individuelles ; fournir des données à un système de mesure afin qu'il puisse vérifier que les dimensions de la pièce sont correctes ; recevoir des données en direct de manière continue et faire des rapports et prendre des décisions ; et suivez les pièces au fur et à mesure qu'elles se déplacent dans l'atelier.

Dans les entreprises de fabrication conventionnelles, la fabrication est un mélange d'analogique et de numérique. Les commandes arrivent via Internet sous forme de fichiers 2D ou 3D, et les machines qui réalisent les processus de fabrication utilisent en grande partie des commandes numériques. Leurs actions sont des étapes programmées qui sont écrites par des programmeurs, enregistrées dans le système de contrôle de la machine et disponibles pour une utilisation immédiate (ou future). De nombreuses entreprises utilisent un système de planification des ressources d'entreprise (ERP), qui relie les nombreuses fonctions qui se déroulent dans l'atelier.

Les étapes entre la réception du bon de commande et la fabrication de la commande du client ? Ce sont généralement des étapes analogiques qui reposent sur l'intelligence. La lecture de l'impression, la réflexion du concept au composant fini, la conversion de chaque étape en un processus de fabrication et le développement des programmes de la machine se déroulent dans les coulisses (ou, plus précisément, entre les oreilles). Un bon de commande incomplet ou vague déclenche souvent une série d'appels téléphoniques ou un petit déluge d'e-mails entre le vendeur qui a pris la commande et le client qui l'a passée jusqu'à ce que tous les détails soient déterminés.

Les étapes intermédiaires peuvent-elles être exécutées par des logiciels et du matériel, plutôt que par l'intelligence ? En adoptant un état d'esprit transformateur centré sur les technologies numériques, Tectonics a prouvé que c'était possible.

La fabrication de pièces complexes est souvent considérée comme un art, et la fabrication de tubes est souvent considérée comme un art noir. Le développement des processus nécessaires pour fabriquer des composants avec des tolérances appropriées et la planification des processus afin qu'ils soient exécutés efficacement reposent généralement sur la créativité et le sens de la résolution de problèmes d'ingénieurs qui travaillent dans l'industrie depuis des années, voire des décennies. Ces processus, dont beaucoup reposent sur l'intuition et l'expérience, peuvent-ils être automatisés ? En deux mots, le vice-président exécutif de Tectonics, Mike Toribio, a résumé la situation par l'affirmative.

"C'est des maths", a-t-il dit.

"Nos clients ont une vision unique de leurs produits", a déclaré Toribio. "Qu'il s'agisse d'un graphisme, d'une plateforme, d'un stand ou d'un événement, notre objectif est de bien comprendre cette vision et de la transformer en une réalité époustouflante." En d'autres termes, les clients de Tectonics ont besoin de choses conçues et construites. Dans de nombreux cas, un projet se compose d'un élément visuel et d'un cadre qui le soutient. Il peut s'agir d'un présentoir de vente au détail de taille moyenne, d'un stand de 20 000 pieds carrés pour un salon professionnel ou de quelque chose entre les deux.

"Nos produits sont une synthèse de plusieurs composants de conception, notamment des tubes en aluminium et des profilés extrudés, des textiles à sublimation numérique et des sous-composants polymères", a déclaré Toribio. "Nous avons imaginé un monde où tous ces composants de divers matériaux, créés par plusieurs techniques de traitement, se réunissent dans un écosystème numérique", a-t-il déclaré. La cohésion est un élément clé, a-t-il ajouté, soulignant l'interdépendance des processus, qui conduit à un résultat homogène.

"Nous avons créé une nouvelle approche de l'ingénierie et de la fabrication et nous devions nous assurer de capturer chaque détail", a-t-il déclaré. "L'équipement et les logiciels sont essentiels, mais la clé de la transformation a été le changement de notre état d'esprit."

Le changement d'état d'esprit s'est accompagné d'un changement de propriétaire. Le changement de propriétaire a été l'achat de Tectonics par QDG, qui a été fondée par le PDG Lee Skandalaris. Vétéran de l'industrie automobile, Skandalaris a passé le début de sa carrière dans les fusions et acquisitions, aidant à redresser les entreprises en difficulté de la chaîne d'approvisionnement automobile. À la recherche d'une autre entreprise, il a emprunté la voie typique de l'entrepreneuriat et a créé une entreprise dans un garage. Dans son cas, il s'agissait d'une imprimerie, qui appliquait des motifs imprimés aux produits de consommation et qui a été l'une des premières à adopter les méthodes de fabrication numérique.

La cintreuse de tubes de Tectonics, un produit BLM, possède presque toutes les capacités imaginables : cintrage à droite et à gauche, cintrage au mandrin, cintrage à rayon fixe et variable et outillage empilé.

S'appuyant uniquement sur la technologie numérique, son imprimerie est devenue un modèle pour QDG. Les bons de commande étaient numériques, le processus d'impression était numérique, et donc l'entreprise était numérique. C'était basique et cela n'impliquait qu'un seul processus, mais c'était un début. Après avoir créé QDG, il a recherché des acquisitions, et a apporté la maquette numérique à chacune d'elles. Le groupe a investi dans de nombreux secteurs (fabrication, distribution, produits de consommation, automobile, imprimerie et produits chimiques spécialisés) en utilisant à la fois des modèles de vente interentreprises et interentreprises. Malgré la variété des investissements, une chose est constante : l'engagement de QDG à opérer une transformation numérique. Le concept est simple, mais la mise en œuvre est difficile, a déclaré Skandalaris.

"J'ai vu les données sur les entreprises qui tentent de mener à bien des transformations numériques ou des transitions vers l'industrie 4.0. Des études indiquent que le taux de réussite des transformations numériques est aussi faible que 10 %. Il doit commencer et se poursuivre dans un état d'esprit transformationnel progressif", a déclaré Skandalaris. "Les entreprises Lean qui réussissent ont un état d'esprit Lean ; les entreprises prospères de l'Industrie 4.0 doivent avoir un état d'esprit Industrie 4.0."

Pour Toribio, l'entreprise était un constructeur d'expositions issues de dessins 2D, alors qu'aujourd'hui, c'est une société d'ingénierie qui a développé et affiné des procédés numériques, qu'elle utilise pour ses deux principaux domaines d'expertise, l'impression textile et la fabrication.

L'accent est mis sur la technologie plutôt que sur les secrets commerciaux.

En 1965, Chevrolet a vendu plus d'un million d'unités d'un seul modèle, la vénérable Impala. Ce n'est pas seulement une longue partie; à l'époque, ce modèle représentait environ la moitié de la production de Chevrolet et 11 % de toutes les automobiles produites aux États-Unis. Une fois que Chevrolet avait le processus en place, il s'agissait de les rendre aussi rapides que possible.

La tectonique est à l'opposé du spectre. Beaucoup de ses projets sont faits sur mesure, il peut donc répéter une partie plusieurs dizaines de fois pour faire un assemblage, mais ce serait une longue partie chez Tectonics. Bien sûr, il veut fabriquer des pièces rapidement, mais la vitesse de production n'est pas aussi importante que la polyvalence de la production. Au cours des 10 dernières années, Skandalaris a observé comment la fabrication numérique a transformé les industries. Plus récemment, il a été témoin de cet effet dans l'impression textile, et sa familiarité avec la plus grande industrie associée à ce domaine, la mode, apporte une perspective sur la rotation des stocks qui est presque incompréhensible dans la fabrication.

"Le changement normal dans l'inventaire d'un magasin de vêtements peut prendre des années", a-t-il déclaré, citant un cycle de vie typique de la mode. « Les entreprises de mode rapide adoptant les méthodes de l'industrie 4.0 accélèrent les processus de marchandisage pour acheminer les produits de la conception aux magasins en aussi peu que trois semaines. La réalisation d'une production à la demande ultra-rapide transforme non seulement les entreprises, mais des industries entières », a-t-il déclaré.

Pour en arriver là, il faut comprendre la technologie et l'intégrer, ce qui fait la force de QDG.

Tectonics se méfie de tout ce qui fait allusion à des commandes répétées et à la répétition continue de la même chose. Une grande partie de son travail est unique en son genre, donc dans cet environnement dynamique, il a besoin d'un équipement programmable capable de réaliser facilement de nouvelles conceptions.

Rien de tout cela ne serait possible sans un plan bien pensé sur la façon dont chaque étape de chaque processus serait réalisée et sans investir dans la combinaison de machines et de logiciels qui effectueraient la réalisation. En d'autres termes, le plan est basé sur une vision ; le reste est une boîte à outils qui va jusqu'au bout de la vision. Le plus gros outil de la boîte à outils Tectonics est le logiciel. Une partie a été achetée et mise en œuvre ; une partie a été modifiée par le fournisseur pour répondre aux besoins de Tectonics avant sa mise en œuvre ; et certaines d'entre elles sont propriétaires. Toribio décrit les rôles des différents logiciels comme des échelons dans un écosystème bien huilé.

En plus d'utiliser des processus de découpe et de formage, Tectonics utilise le fraisage pour fournir des fonctionnalités supplémentaires et donner des textures au tube métallique.

"Tout commence par une vision client traduite en un modèle solide 3D d'ingénierie", a-t-il déclaré. "Un modèle peut contenir des centaines de pièces individuelles, avec plusieurs dizaines de modèles en jeu à un moment donné." En d'autres termes, l'entreprise traite les pièces dans un ordre systématique, mais elle ne regroupe pas les pièces par commande ; des pièces provenant de diverses commandes sont mélangées dans le processus de production.

"Nos systèmes logiciels séparent automatiquement chaque modèle en parties distinctes de sorte que des parties similaires de différents projets circulent sur les autoroutes numériques communes du réseau", a déclaré Toribio. « Au lieu de suivre ou de grouper une tâche ou un projet à la fois, nous suivons chaque pièce discrète à partir du jour de sa conception. Nous suivons les métriques de chaque tâche, mais nous avons maintenant les données, les capteurs et la fidélité pour optimiser le matériel, réduire le gaspillage de mouvement et rapporter les données de localisation à nos clients en temps réel. Nous ne nous appuyons sur aucune conjecture et nos clients adorent cette transparence », a-t-il déclaré.

Il ne s'agit pas seulement de développer un système complètement intégré, mais aussi un système robuste.

"Nous avons construit notre système d'information de gestion personnalisé précisément pour gérer la vaste gamme et la complexité de nos systèmes logiciels de logistique, d'ingénierie et de fabrication et pour faciliter l'offre de vues cristallines de ce qui se passe en temps réel", a poursuivi Toribio.

Le matériel est le deuxième outil le plus critique de la boîte à outils Tectonics. En recherchant le bon équipement, le personnel a recherché la capacité, la polyvalence et la capacité à s'intégrer à des systèmes disparates. Cependant, le matériel n'était pas l'aspect le plus critique. Leur principal intérêt était de trouver des fournisseurs qui deviendraient des partenaires de confiance. Étant donné que Tectonics utilise des technologies provenant de divers secteurs, l'équipe de direction recherche des fournisseurs qui partagent la vision de Tectonics. Le partenariat est le critère le plus important dans la recherche d'un équipementier par l'entreprise.

"La plupart des gens, quand ils voient le type d'équipement que nous utilisons, ils pensent que nous sommes fous. Cela change quand ils peuvent voir et comprendre que la technologie est à bien des égards indépendante de l'industrie. Nous nous sommes associés à Emmegi, un fabricant de machines d'extrusion automatisées de classe mondiale utilisées dans l'industrie de la fenestration. rn52 et l'Emmegi Quadra L2 ne sont pas des machines généralement utilisées dans notre industrie », a déclaré Toribio.

"Il est intéressant de noter que bien que ces actifs soient mondialement reconnus pour être les meilleurs de leur catégorie, nous ne les avons pas sélectionnés pour cette raison", a déclaré Toribio. "Au contraire, nous les avons choisis principalement parce que BLM et Emmegi ont sauté le pas avec nous et ont partagé notre vision."

Toribio ne nie pas qu'ils ont quand même rencontré quelques obstacles qui semblaient leur barrer la route et ont dû franchir quelques dos d'âne qui les ont ralentis, mais il soutient que la solidité des partenariats a été l'élément clé pour surmonter de tels défis.

"Avec un vrai partenaire, toutes les barrières peuvent être surmontées", a-t-il déclaré. Cela peut sembler une opinion, ou pire, une platitude, mais ce n'est ni l'un ni l'autre.

"C'est ce que je crois", a déclaré Toribio. C'est aussi ce que lui et QDG ont réalisé.

Le projet d'un client prend forme. Ressemblant aux sommets d'une chaîne de montagnes, les angles vifs étaient faciles à couper et permettaient un excellent ajustement car ils étaient réalisés sur un tube laser.

"Notre initiative de fabrication additive [AM] avec Carbon® Inc. est un autre exemple solide", a-t-il déclaré. « Tout le monde sait que la FA existe depuis des décennies, mais pourquoi n'a-t-elle pas vraiment fait le buzz qu'elle promet ? » Son potentiel va bien au-delà du simple remplacement d'une pièce conventionnelle par une pièce améliorée fabriquée par AM, a-t-il déclaré.

"Nous avons étudié cette technologie et nous n'avons jamais pensé petit, sur le prix à la pièce, par exemple. Le prix à la pièce est important, mais est-il plus important que la capacité à innover plus rapidement que n'importe quel concurrent dans le monde ?" dit Toribio. "Cela a permis de repenser complètement ce que nous faisons du point de vue de la technologie, en regardant vers l'avant plutôt que vers le passé. Pour nous, cette perspective sur la FA a débloqué des concepts que nous n'aurions jamais imaginés auparavant."

De l'avis de Toribio, Tectonics a plongé la tête la première dans la FA, et il est raisonnablement certain que peu d'autres fabricants de produits, voire aucun, l'ont fait.

"Beaucoup font du prototypage ou fabriquent des pièces uniques, alors que Tectonics utilise la FA pour les pièces de production à plein régime et juste à temps", a-t-il déclaré.

Comme pour la fabrication de tubes et l'impression de textiles, la base est son travail avec un partenaire de confiance.

L'une des citations les plus célèbres sur l'origine de l'innovation est attribuée à un autre entrepreneur qui a fait son chemin dans la région de Détroit, Henry Ford : "Si j'avais demandé aux gens ce qu'ils voulaient, ils auraient dit : 'Des chevaux plus rapides'." Ford a-t-il vraiment dit cela ? C'est peu probable. Il n'a pas inventé le moteur à combustion interne, il n'a pas construit la première automobile, et donc il n'a pas créé de remplaçant pour le cheval.

Peu importe qui a imaginé cette citation, elle illustre la valeur de donner aux clients ce qu'ils veulent vraiment. Ils pourraient penser qu'ils veulent une chose alors qu'ils veulent vraiment autre chose. Par exemple, lorsque les transmissions manuelles étaient la norme, certains conducteurs auraient peut-être voulu moins de tracas dans l'utilisation presque continue de l'embrayage et du levier. Ce qu'ils voulaient vraiment, c'était éliminer les tracas, mais si la transmission automatique n'existait pas à l'époque, qui penserait à la demander ?

L'objectif de Tectonics est de donner aux clients ce qu'ils veulent, même si les clients ne savent pas que cela existe. En cours de route, les clients veulent de la qualité. Qualité dans chaque processus, qualité dans chaque composant et qualité dans chaque assemblage.

"Les longueurs de coupe, les angles de pliage et d'autres caractéristiques ont chacun des tolérances", a déclaré Toribio. "Ce sont des faits, pas des opinions. Nous pouvons regarder un client dans les yeux et promettre la qualité, et nous savons que nous pouvons livrer."

Avant que l'entreprise ne mette en œuvre certaines des technologies les plus récentes, elle fabriquait des pièces et des assemblages susceptibles d'être améliorés en termes de qualité. Par exemple, un assemblage typique était un cadre tubulaire qui se composait de plusieurs sections combinées pour former un long virage rapide. Ces cadres avaient l'air bien, mais ils n'étaient pas géniaux. Plutôt que de constituer un long arc ininterrompu, un examen attentif a révélé qu'un cadre typique était en réalité une série d'arcs, ce qui rendait l'assemblage difficile. Les clients voulaient des attaches plus faciles à utiliser, et c'est tout, a déclaré Skandalaris. Tectonics recherche une solution plus complète : elle contrôle mieux le processus de pliage, de sorte que l'unité semble être un arc unique et continu, ce qui facilite l'assemblage. À ce moment-là, la question était la suivante : pouvons-nous éliminer les attaches ?

Conçu et produit par MC2, fabriqué par Tectonics, l'expérience de ces 2 pouces. tube Infinity Rings créé ne sera pas oublié de si tôt.

Tectonics n'est peut-être pas tout à fait prêt à éliminer les attaches, mais il est bien placé pour réévaluer les attaches dont il dispose et pourquoi il les utilise. L'entreprise est en train de mettre en œuvre un système AM, qui offre une grande liberté de conception.

"Plutôt que de remplacer un composant, la fabrication additive permet à un concepteur de mettre à jour un composant", a déclaré Skandalaris. Une mise à jour ne signifie pas nécessairement faire une révision mineure, mais plutôt une refonte. Dans le cas d'une fixation, il s'agit de revoir la fonction de la fixation et d'éliminer tout ce qui n'est pas nécessaire. La FA facilite de nouvelles conceptions audacieuses, permettant des fonctionnalités qui ne sont pas limitées par les limitations imposées par les machines et l'outillage conventionnels. De l'avis de Skandalaris, beaucoup ne profitent pas des capacités de la technologie.

"C'est là que beaucoup de gens manquent le bateau", a-t-il déclaré.

Lorsque le client veut des attaches plus durables et plus faciles à installer, une entreprise comme Tectonics ne recherche pas une attache différente qui fonctionnera pour l'application ; au lieu de cela, il s'efforce de reconcevoir les composants afin qu'ils puissent être assemblés sans attaches.

"Nous ne pensons pas à couper et à fabriquer du métal", a déclaré Toribio. "Nous pensons à l'innovation en temps réel."

Parmi les éléments clés de la construction d'assemblages de qualité figurent la polyvalence, la précision et la tolérance. Tectonics s'appuie sur des équipements modernes pour ces aspects, utilisant la découpe laser pour la fabrication de composants tubulaires. Cependant, selon Tectonics, trouver un partenaire de confiance chez un fournisseur d'équipement est plus critique que l'équipement lui-même.