Comparaison structurelle

Avec le système Green Frame, un boulon est pré-inséré dans chaque extrémité de tuyau et est serré avec une clé Allen. Photo publiée avec l'aimable autorisation de Lean Factory America LLC

Tous les tuyaux utilisés dans le système Flexpipe ont un diamètre de 28 millimètres et sont revêtus de plastique. Les structures construites comprennent des établis, des étagères renforcées et des racks de flux. Photo courtoisie Flexpipe Inc.

Les structures légères et moyennes, comme les chariots, les postes de travail et les rayonnages, sont souvent fabriquées avec le système Creform. Certains fabricants construisent également des AGV et des racks multifonctions complexes avec des systèmes de prévention des erreurs pick-to-light. Photo avec l'aimable autorisation de Creform Corp.

De nombreux fabricants utilisent le système de kit de construction MB pour construire des chariots de manutention et des protections de machine typiques. Article de courtoisie photo America LLC

Les fabricants et intégrateurs utilisent des profilés en aluminium extrudé rainurés en T pour les parties supérieures des structures et des petites bases, ainsi que pour les besoins de protection, de postes de travail et de production au plus juste. Photo publiée avec l'aimable autorisation de Bosch Rexroth Corp.

Les leçons apprises dans l'enfance durent souvent toute une vie. La même chose peut être dite des compétences acquises, telles que la construction de choses avec des ensembles de monteurs, des Legos et des bûches Lincoln. Les personnes qui maîtrisent et apprécient ces jouets classiques sont très probablement les mêmes personnes qui utilisent des cadres d'extrusion à rainures en T, des systèmes de tuyaux et joints et de tubes carrés pour construire des postes de travail modulaires, des racks de flux et d'autres structures de production pour les fabricants.

« Le principal attrait des systèmes modulaires est la flexibilité qui s'étend sur toute la durée de vie d'une structure », déclare Keith Soderlund, vice-président des ventes chez Creform Corp. Creform propose des systèmes modulaires de tuyaux et d'aiguillages en acier aux États-Unis depuis le début des années 1980, bien que sa société mère, Yazaki Industrial Chemical Co., ait d'abord développé le système Creform au Japon au milieu des années 1960. "Être capable de déplacer facilement les choses et d'apporter de petits changements pendant que la structure reste en place peut être inestimable."

Flexpipe Inc. offre également un système de tuyaux et joints en acier, qui a été développé en 2009 pour aider Bombardier Recherche Produits (BRP) à améliorer la flexibilité de sa chaîne de production Spyder (moto à trois roues). Auparavant, Flexpipe soudait des remorqueurs que BRP utilisait pour amener les pièces de l'entrepôt à la chaîne de montage.

"BRP souhaitait repenser sa gamme avec des chariots modulaires, des postes de travail et des flow racks", explique Julien Depelteau, co-fondateur et PDG de Flexpipe. "Nous avons travaillé en étroite collaboration avec le chef d'équipe de BRP et avons également rencontré les assembleurs pour discuter de choses comme la hauteur optimale des composants et les capacités de poids maximales. En quelques mois, nous avons créé notre système que BRP a ensuite utilisé pour construire facilement les structures de sa nouvelle chaîne de montage."

Flexpipe et Creform sont deux des nombreux fournisseurs qui fabriquent des produits de tuyaux et joints. Un nombre égal propose des systèmes basés sur des cadres en aluminium extrudé à rainures en T ou des tubes carrés. Tous ces systèmes offrent quelque chose de bénéfique aux fabricants, en général, et aux ingénieurs concepteurs, en particulier. Les fabricants sont en mesure de reconfigurer rapidement et facilement une large gamme de composants de la chaîne de montage (chariots, postes de travail, panneaux d'affichage, etc.) avec un minimum d'investissement. Les ingénieurs peuvent passer plus de temps à optimiser les processus d'assemblage plutôt qu'à concevoir chaque machine d'assemblage à partir de zéro.

Au début des années 1980, Bosch Rexroth AG proposait régulièrement à ses clients des visites de ses usines allemandes pour montrer comment l'entreprise fabriquait des composants automobiles et d'autres pièces à l'aide de lignes de production d'assemblage général. Souvent, les clients posaient des questions sur le cadre en aluminium utilisé par Bosch autour de ses machines, note Chris Lupfer, directeur des ventes de produits chez Bosch Rexroth Corp. (BRC). Ces demandes constantes ont convaincu Bosch de commencer à vendre la charpente aux fabricants en Europe comme une alternative flexible à l'acier soudé.

BRC vend des cadres aux États-Unis depuis le début des années 1990. Les utilisateurs finaux comprennent les OEM, les Tier 1 et les intégrateurs qui desservent des industries aussi diverses que les dispositifs médicaux, l'automobile, l'aérospatiale, les produits blancs et l'électronique grand public.

« Quelque 25 ans plus tard, les structures en acier soudé restent notre principal concurrent pour les applications lourdes, mais la charpente en aluminium a explosé pour toutes les autres applications », déclare Paul Koziczynski, directeur des ventes et de la distribution chez BRC. "La plupart des fabricants et intégrateurs utilisent l'aluminium pour les parties supérieures des structures et des petites bases, ainsi que pour les gardiennages, les postes de travail et les exigences de fabrication au plus juste."

Le système d'encadrement de Bosch se compose de profilés extrudés en aluminium à rainures en T, de connecteurs, de composants et d'accessoires. Koziczynski indique que plus de 125 profilés d'extrusion standard sont disponibles, allant de 20 millimètres carrés à 180 sur 360 millimètres. Les clients peuvent couper chaque extrusion à la longueur requise avec une scie à onglet.

Les profilés carrés comportent une rainure en T de chaque côté de 6, 8 ou 10 millimètres de large. Les profils plus petits présentent des fentes plus étroites car ils supportent moins de poids et nécessitent des connecteurs plus petits. L'inverse est vrai pour les profils plus grands.

Des profilés spécialisés sont proposés pour les salles blanches et les applications antistatiques ou autres qui nécessitent une belle esthétique. Ces profilés présentent des côtés lisses pour limiter l'accumulation de saleté ou de poussière. Les applications en salle blanche sont associées à du matériel spécialisé et à des joints conçus pour réduire les particules et résister aux acétones. Pour éviter les décharges statiques, toutes les pièces en plastique sont imprégnées de carbone et les écrous métalliques sont dentelés pour la conductivité.

Plus de 25 types de connecteurs en aluminium peuvent être utilisés avec ce système, selon Lupfer. Une fois qu'un profil est positionné dans le connecteur, l'assembleur insère une vis à tête Torx ou Allen, un boulon ou une vis autotaraudeuse, et le serre avec une clé à main pour créer un coin. Ceci est fait quatre fois pour créer un cadre. Aucun autre outil n'est nécessaire pour monter et démonter le système.

Des dessus de table, des panneaux latéraux, des repose-pieds et de nombreux autres composants sont fixés sur les côtés du cadre pour créer des structures telles que des chariots de maintenance, des protections de machines, des bancs d'assemblage, des racks de flux, des postes de travail et des convoyeurs manuels. Les accessoires vont des roulettes et capuchons profilés aux supports pivotants, supports réglables entre deux surfaces et porte-câbles.

Le système de kit de construction MB d'extrusion d'aluminium d'Item America LLC (MBBKS) remonte à l'Allemagne au début des années 1980. La société mère du fournisseur, item Industrietechnik GmbH, construisait des machines d'assemblage depuis 1976 avant de développer son système d'extrusion pour augmenter la flexibilité des clients en matière de conception et d'assemblage.

Philipp Herrmann, directeur financier et vice-président exécutif des ventes et du marketing chez item America, déclare que les distributeurs américains proposent le MBBKS depuis 20 ans. Actuellement, il comprend près de 3 500 extrusions, connecteurs et accessoires. Environ 100 nouveaux composants sont ajoutés chaque année.

Les extrusions vont de 20 millimètres carrés à 160 par 320 millimètres et se déclinent en cinq versions, appelées lignes. Chaque ligne est numérotée en fonction de sa largeur de fente en millimètres. Les lignes 5 et 6 sont des extrusions économiques conçues spécialement pour les équipements de test et pour l'industrie électronique. Les profilés de la ligne 8 peuvent résister à des charges de traction allant jusqu'à 5 000 newtons, ce qui les rend suffisamment robustes pour une large gamme d'applications.

Herrmann explique que les profilés Line 10 sont utilisés lorsque de lourdes charges doivent être supportées mais que l'espace est limité. Ces extrusions supportent une charge de traction allant jusqu'à 7 000 newtons par connexion à vis. La ligne 12 est le profil le plus solide, avec la capacité de supporter des forces d'extraction allant jusqu'à 10 000 newtons par connexion. Sont également disponibles des profils spéciaux sans rainures qui sont utilisés comme protection des bords ou rails de préhension.

Les assembleurs relient les profilés aux connecteurs et accessoires avec diverses vis, boulons et écrous à rainure en T qui sont positionnés dans les fentes et serrés avec des outils à main standard. Des trous filetés peuvent être percés dans le trou central de l'extrusion selon les besoins.

De nombreux fabricants utilisent le MBBKS pour construire des chariots de manutention et des protections de machines typiques. D'autres applications incluent les postes de travail interconnectés et mobiles, les plates-formes d'assemblage (pour les entreprises aérospatiales), les chariots de préparation de commandes, les rayonnages en porte-à-faux et les étagères.

Item et Bosch vendent leurs composants de quatre manières : profils et composants non découpés ou prédécoupés que les clients installent ; des kits précommandés et spécifiques à l'application que les utilisateurs finaux construisent ; et des structures entièrement assemblées fabriquées et livrées par un distributeur local. Lupfer affirme que cette dernière approche représente une part importante des ventes de systèmes d'extrusion Bosch. Herrmann souligne qu'environ 80 % des utilisateurs finaux de MBBKS aux États-Unis demandent un pré-assemblage, contre 30 % en Europe.

Le système de production Toyota (TPS) est bien connu dans le monde de l'assemblage comme le modèle initial de fabrication allégée. Yazaki Industrial Chemical a été l'une des premières entreprises à aider Toyota à mettre en œuvre le TPS ; d'abord grâce à ses bacs en plastique industriels, puis avec le système de tuyaux et de joints Creform (abréviation de créer un formulaire).

"L'une de nos forces est le grand nombre de pièces parmi lesquelles les utilisateurs peuvent choisir pour construire tous les types de structures", affirme Soderlund. "Nous proposons plus de 700 pièces, dont 20 % sont utilisées 80 % du temps. Un kit typique contient des centaines de pièces, de sorte que l'utilisateur final peut fabriquer tout ce dont il a besoin."

Trois tailles de tuyaux en acier (28, 32 et 42 millimètres de diamètre) et deux types de joints (métal et plastique) sont disponibles. Tous les tuyaux sont dotés d'un revêtement en plastique collé de 0,5 millimètre d'épaisseur, mais seul le tuyau de 42 millimètres est recommandé pour les applications à haute résistance. Les assembleurs peuvent couper des tuyaux de n'importe quelle taille avec une scie à tronçonner, une scie à ruban ou un coupe-tuyau manuel ou électrique. Creform propose des tuyaux précoupés à la longueur moyennant un petit supplément. Ce tuyau est ébavuré à chaque extrémité.

Le tuyau est serré avec des joints métalliques et collé à des joints en plastique à moindre coût. Les accessoires se clipsent sur le cadre du tuyau ou se fixent avec des attaches et comprennent des roulettes, des extrusions, des canaux, des pieds, des attelages, des colliers de serrage et des supports, des porte-étiquettes et des convoyeurs à rouleaux. Les fixations sont serrées avec une clé Allen de 5 millimètres.

"Les fabricants ont pris le doux [c'est-à-dire des composants simples] et se sont déchaînés", déclare Soderlund. "Les structures légères et moyennes sont notre créneau, nous voyons donc de nombreuses entreprises fabriquer des chariots, des postes de travail et des racks de base, ainsi que des racks complexes avec des systèmes de prévention des erreurs pick-to-light et des AGV multifonctions [véhicules guidés automatisés]."

Le système de Flexpipe diffère de plusieurs manières. Tous les tuyaux ont un diamètre de 28 millimètres (avec des revêtements en plastique), tous les joints sont en métal (noir galvanisé ou argent nickelé) et diverses fixations (boulons et écrous M6 et M8, et vis Torx, à tête fraisée et à tête carrée) sont utilisées lors de l'assemblage. Les fixations sont installées avec une clé Allen ou un foret de 5 millimètres.

Les principaux composants structurels comprennent une large gamme de rails à rouleaux de convoyeur, de platelages et de roulettes. Plus de 35 accessoires sont disponibles, tels que des cales de nivellement, des rallonges de tuyaux, des supports en forme de Y, des crochets, des glissières de tiroir et des barres de remorquage.

Les fabricants de l'aérospatiale, de l'automobile, des produits blancs et des dispositifs médicaux sont les principaux utilisateurs du système, explique Depelteau. Il souligne que les ventes de l'entreprise sont réparties entre les clients qui achètent des composants et construisent leurs propres structures, et ceux qui font préassembler les structures par Flexpipe.

Il y a quelques années, des représentants du fabricant de roues de course HRE Designs ont rencontré Depelteau pour discuter de leur besoin d'un système qui maintient les sections de jante intérieure et extérieure d'un ensemble à quatre roues à proximité l'une de l'autre pendant la production, qui dure en moyenne 13 heures. Les travailleurs de HRE et les responsables de production passaient beaucoup de temps à charger et décharger les sections sur des palettes, des chariots et des étagères, ou à rechercher des sections dans l'atelier.

En utilisant le système Flexpipe, HRE a développé un prototype de chariot de kitting à tuyau noir sur lequel s'adapte parfaitement un ensemble à quatre roues (avec un numéro de commande spécifique). Chaque numéro de commande avait son propre chariot, créant un effet de flux monobloc dans l'usine. L'ordre de travail suivait le flux du chariot sur un simple crochet qui ne pouvait pas être enlevé. Les ensembles de commandes urgentes étaient traités sur des chariots rouges et les commandes d'autorisation de retour de marchandises sur des chariots bleus.

"Depuis l'intégration de ce système de manutention, HRE a réduit ses délais de livraison de 50 % et ses travaux en cours (WIP) de 25 %, tout en augmentant l'espace au sol de 50 %", explique Depelteau. « Les chariots offrent une meilleure mise en scène, flux, suivi des commandes et gestion visuelle, grâce à leur code couleur et leur marquage au sol FIFO. De plus, les temps de marche et de manutention ont été réduits car le poste de contrôle qualité, la chaîne de montage et les espaces de conditionnement sont plus rapprochés.

Bien que WIP ait été réduit, l'équipe de production HRE a initialement suivi l'ancien niveau WIP et a fini par construire trop de chariots. Ils ont ensuite démonté certains d'entre eux et utilisé les pièces pour construire un pupitre d'opérateur et d'autres structures utiles.

Le système Green Frame combine les avantages des tuyaux avec l'acceptation croissante de l'aluminium en tant que matériau structurel viable, affirme Kurt Greissinger, vice-président de Lean Factory America LLC. Il dit que les tuyaux en aluminium anodisé de haute qualité offrent la même capacité de résistance que les tuyaux en acier avec 40 % de poids en moins, ce qui améliore encore la flexibilité des structures construites.

Green Frame permet le mélange et l'appariement de plus de 350 pièces. Il existe trois séries de tuyaux, qui ont tous une fonction de montage externe par incréments de 90 degrés. Le tuyau GF est disponible en 19, 28 ou 43 millimètres de diamètre et différentes formes, selon l'application. Celles-ci incluent des versions avec des rainures en T fonctionnelles, des parois renforcées, la possibilité de se télescoper les unes avec les autres, ainsi que des tuyaux doubles pour des applications à haute résistance.

Les connecteurs en zinc moulé sous pression ou en aluminium s'adaptent à l'intérieur ou à l'extérieur du tuyau. Ils sont livrés pré-assemblés avec tout le matériel nécessaire pour un serrage rapide avec une clé Allen. Les connecteurs, associés à des caractéristiques de montage à 90 degrés, garantissent la perpendicularité.

Les supports de panneaux, les pièces linéaires et rotatives, les composants de porte et les pieds sont les composants clés que les fabricants utilisent pour construire des tables de travail, des chariots, des chariots, des racks, des tableaux visuels d'état de production et des cabines propres. Les accessoires varient selon le type de tuyau et comprennent des embouts, des pieds de nivellement, des roulettes et des bandes à pression pour changer rapidement et facilement la couleur du tuyau.

"La principale raison pour laquelle Green Frame a été développé était pour les applications karakuri", note Greissinger. "Certains clients qui découvrent le karakuri mordent plus qu'ils ne peuvent mâcher au début. Pour surmonter la courbe d'apprentissage, ils doivent maîtriser le système et ne pas avoir peur d'expérimenter."

Le but du karakuri est d'augmenter l'efficacité et l'ergonomie en réalisant un travail avec peu d'apport d'énergie par les assembleurs. Les forces ordinaires, telles que la gravité, les contrepoids et les ressorts, créent des résultats extraordinaires qui peuvent minimiser la charge de travail de l'opérateur et améliorer les conditions ergonomiques. Une simple pression sur un levier ou une pression sur une pédale peut mettre le système en mouvement pour échanger un bac vide contre un bac plein, ou empiler et désempiler des boîtes de manière FIFO.

Un client, un fabricant de matériel agricole, a commencé à utiliser le système il y a environ 1,5 ans strictement pour des chariots et des structures simples. La société cherche maintenant à optimiser pleinement Green Frame en ajoutant des composants karakuri pour construire ses propres racks de flux semi-automatiques.

"Certaines [personnes] pensent que les systèmes modulaires ne sont pas assez robustes pour supporter les rigueurs de la fabrication, en raison du joint à friction utilisé par [certains fournisseurs]", déclare Jake Sparks, directeur général de l'administration et directeur des ventes chez Flex Craft LLC. "Les progrès des joints à boulon direct résolvent ce problème et sont capables de supporter des milliers de livres."

Flex Craft propose un système de tubes carrés en acier à boulon direct depuis 2006. Le tube perforé est en acier doux avec une finition enduite de poudre (couleurs de base et codées) ou en aluminium anodisé avec une finition transparente. Les tubes sont fournis en longueurs standard de 6 pouces à 10 pieds de long, par incréments de 6 pouces. Des longueurs coupées sur mesure sont disponibles sur demande.

Des boulons et des écrous communs de classe 2 sont utilisés avec le système. Les fixations sont serrées avec une clé de 0,5 pouce. Les joints fixent les tubes à différents angles et sont fabriqués en acier doux de calibre 14 avec quatre trous stratégiques. Les types incluent les goussets universels et de bord, ainsi que les goussets affleurants, en ligne, plats et décalés.

Les accessoires vont des supports de charpente et des composants plug-and-play aux portes, tiroirs, matériel de remorquage et articles spécialisés. Les roulettes à plateau rigide ou pivotant (avec ou sans frein latéral), les pieds et les convoyeurs sont vendus séparément.

D'autres configurations modulaires réalisées avec le système vont d'un élévateur pneumatique à ciseaux à une table à béquille ergonomique. La table à béquille permet aux utilisateurs de régler la hauteur de la surface de travail en descendant sur une plate-forme transversale et de modifier la capacité de poids de la table en ajustant la position du pivot.

Deux récents lauréats de l'usine d'ASSEMBLAGE de l'année (POTY) utilisent largement Flex Craft pour construire et reconfigurer des appareils mobiles, des racks de flux, des chariots de manutention et des postes de travail selon les besoins. Polaris Industries Inc. utilise le système dans plusieurs installations, dont Spirit Lake, IA, qui a remporté le 2015 ASSEMBLY POTY. AGCO utilise Flex Craft dans ses usines de Hesston, KS, et de Jackson, MN, cette dernière ayant remporté le prix POTY de cette année.

80/20 Inc. propose une vaste gamme de profilés carrés en aluminium anodisé Ready Tube pour les structures modulaires. Le profil 9700 est de 1,5 pouces carrés sans trous pré-percés. Il se prête à l'encadrement et à d'autres applications nécessitant un aspect esthétique et une apparence lisse et propre. Des connecteurs en nylon rejoignent le tube.

Le profil 9701 mesure également 1,5 pouce carré, mais comporte des trous pré-percés à des intervalles de 1,5 pouce le long de chaque face. Ces trous acceptent les fixations et permettent des applications telles que des tables de convoyage, des racks à gravité et des étagères de manutention. Près d'une douzaine d'autres profils comportent une ou deux brides de chaque côté, avec ou sans trous pré-percés, pour une capacité de poids supplémentaire.

Jim est rédacteur en chef de ASSEMBLY et possède plus de 30 ans d'expérience éditoriale. Avant de rejoindre ASSEMBLY, Camillo était rédacteur en chef de PM Engineer, Association for Facilities Engineering Journal et Milling Journal. Jim a un diplôme d'anglais de l'Université DePaul.