Grâce à l'automatisation de sa nouvelle ligne d'emballage, Isomo, le spécialiste de l'isolation, a réussi à éliminer un goulot d'étranglement et à augmenter sa production

Objectif :
Fournir une solution de manutention automatisée et ultra rapide afin d'améliorer la cadence en fin de ligne sur les plus petits cartons de plaques d'isolation en polystyrène et permettre au fabricant d'accroître sa production pour répondre à une demande de plus en plus forte.

Solution :
Installer une nouvelle ligne équipée de deux robots FANUC 410iB/300 afin de décharger et transférer les piles de plaques. Alimenté par le premier robot, le deuxième robot rassemble le nombre correct de plaques à l'aide de ses préhenseurs et, à condition que ce nombre soit suffisant, il les achemine jusqu'à la machine à emballer. Facile à utiliser, l'ensemble du système est contrôlé et piloté depuis un ordinateur.

Résultat :
La capacité d'emballage a doublé, éliminant ainsi un goulot d'étranglement et permettant au client d'augmenter sa production. La vitesse et l'efficacité des robots a permis de réduire les temps de cycle et de passer de l'horaire trois-huit à deux-huit.


Un espace de travail optimisé grâce à des solutions d'emballage et d'empilage flexibles

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L'espace augmente le chiffre d'affaires

Peu de personnes savent encore qu'Isomo est le diminutif d'ISOlation Modern. Il s'agit d'une marque reconnue de plaques de polystyrène et de polystyrène expansé et, en Belgique, ce type de produit générique est connu sous le nom de Styrofoam. La production des plaques Isomo s'effectue à Courtrai, en Belgique. Elle a été lancée en 1956 et appartient toujours à Vereecke.

Isomo vend 40 % de sa production en Belgique. Ensuite vient la France, qui représente un point de vente important et un marché croissant potentiel, où la demande est grande pour les petits formats. L'an dernier, ce marché a connu une croissance rapide et devait être fourni aussi rapidement que possible. Le problème, c'est que la chaîne d'emballage existante était devenue un goulot d'étrangement pour les petits formats ; elle n'allait pas faciliter les choses ni rapporter de l'argent. Au départ, le travail se faisait à la main, puis on est passé rapidement à l'emballage semi-manuel, afin de pouvoir servir le nouveau marché.   Depuis août 2011, une nouvelle chaîne robotisée est en service ; elle est capable de gérer rapidement les petits formats, et cela, de manière rentable. La capacité d'emballage a également doublé (étant donné qu'il s'agissait du goulot d'étranglement, la capacité de production a elle aussi doublé et le service d'emballage est passé des trois-huit aux deux-huit). Il en résulte que, grâce à cet investissement d'un demi-million d'euros, la croissance du marché français se traduit par des résultats commerciaux significatifs.

Industry Technical & Management a discuté de cette nouvelle installation de robots avec Thierry Vereecke, PDG, et Dieter Werniers, cadre technique chez Isomo, avec Hans Van Essche, directeur adjoint, et Jelle Parmentier, ingénieur de projet chez Fraxinus (concepteur et constructeur de la nouvelle chaîne d'emballage), ainsi qu'avec Peter Kiekens et Annelies Vander Hulst chez FANUC (fournisseur des robots).

Production de plaques Isomo

La matière première des plaques Isomo est le polystyrène expansé. Ce composant est une invention de BASF qui date des années 50, mais, depuis que le brevet est arrivé à expiration, il a été commercialisé par plusieurs sociétés. Il en existe deux types de base : le polystyrène pur blanc et le polystyrène noir avec inclusion de carbone noir. Les propriétés d'isolation (et d'insonorisation) de ce dernier sont meilleures. Suivant les propriétés finales, des additifs sont ajoutés au polystyrène (par exemple, pour produire des types ignifuges).

Le produit de base fourni se présente sous la forme de microcellules de la taille du sucre en poudre, avec une paroi externe en polystyrène et du gaz pentane comme agent soufflant. En cas de chauffe, l'agent soufflant peut dilater les cellules jusqu'à cinquante fois leur taille initiale, par absorption d'air. Cette poudre est dilatée dans une première étape de production par lots par injection de vapeur dans un silo de perles de polystyrène creuses, dont la taille est fonction de la vapeur fournie pendant l'expansion. Le niveau d'expansion atteint dépend de la densité que la plaque future doit présenter. Après un premier séchage forcé pendant une durée donnée, ces perles sont stockées dans des silos à des fins de traitement ultérieur.

Lors de la seconde étape, le poids correct de perles du silo de stockage est placé dans un moule par transport aérien. Ces perles sont de nouveau dilatées par injection d'air. Étant donné le volume limité (le moule mesure 6 x 1,2 m x 1 m), les perles dilatées sont repoussées les unes contre les autres et fondent ensemble en un bloc homogène contenant une grande quantité d'air (quelque 95 % du volume), retenant à l'intérieur les perles de polystyrène fermées adhérant les unes aux autres.

Ce bloc de matériau d'isolation est stocké plusieurs jours dans le magasin, jusqu'à la fin complète de la réaction. La troisième étape consiste à découper ce bloc. Trois étapes : tout d'abord, il existe une grande variation de densités en fonction du client et de l'application, qui peuvent aller d'une épaisseur d'un seul millimètre (pour le papier mural isolant) à quelques dizaines de centimètres (par exemple, pour l'isolation des murs). Il convient d'essayer de conserver la même épaisseur de plaque ou de se limiter à trois épaisseurs. Les largeurs sont par conséquent généralement de 1,2 m ou de 1 m et, depuis peu, de 0,6 m. Lors de la dernière étape, les longueurs correctes sont découpées. Auparavant, les longueurs étaient essentiellement de 2 m, tandis qu'aujourd'hui, il existe différentes longueurs, jusqu'à atteindre 33 cm. Cette découpe s'effectue mécaniquement à l'aide de fils de cuivre précontraints et chauffés à l'aide de leur résistance électrique.  Le fil tendu traverse ainsi le bloc, le faisant fondre et scellant la face découpée pour lui donner une surface lisse. Le placement du fil se fait à la main. Les blocs sont acheminés jusqu'aux trois postes de travail via un transporteur commandé et sont automatiquement découpés.

Basé sur des références

L'étape suivante consiste à emballer le produit. Auparavant, les plaques mesuraient essentiellement 2 mètres de long (elles étaient souvent utilisées pour l'isolation des trous de mur) et, pour les emballer, on utilisait un film plastique pour faciliter le transport en nombre ; à la fin des années 80, la société a acheté une machine. Les blocs découpés sont transportés à l'aide d'une courroie de transport jusqu'à la machine à emballer. Les plaques y sont déchargées et placées manuellement sur la machine à film ; le film est enroulé autour et soudé. Les paquets sont ensuite ramassés à la main et placés sur une palette.

La France compte un grand nombre de bricoleurs du dimanche, à la recherche de plaques et de paquets de plus petite taille. Les travaux comme la rénovation et l'isolation des murs nécessitent eux aussi des plaques de plus petite taille. Alors que la cadence était de produire de grandes plaques de 60 m2/heure, elle a diminué pour produire des petites plaques de seulement 30 m2/heure. Cela faisait que la machine à découper était le plus souvent à l'arrêt. En d'autres termes, la production tout entière a chuté trop brutalement et le prix coûtant des petits formats est devenu trop élevé, si bien que personne ne pouvait en calculer le prix de vente.

Pour arranger les choses, il fut décidé, fin 2010, d'installer une chaîne spécifique pour les formats plus petits. ISomo entra en contact avec Fraxinus via Desco, fournisseur de la première machine à emballer, considérée comme très satisfaisante.  Ce dernier conçut et construisit une installation robotisée capable d'emballer ensemble trois différentes épaisseurs, basée sur la machine à emballer Seco.

Deux robots d'affilée

La nouvelle chaîne robotique comporte deux positions de robot, rassemblées dans un robot FANUC-410iB/ 300 (d'une charge admissible totale de 300 kg). Le choix du robot est également déterminé par le poids maximal, l'aire de travail et les différentes forces à appliquer sur le robot. Les paquets découpés, constitués de différentes piles, les unes après les autres, chacune comptant un certain nombre de plaques (dont l'épaisseur peut varier), sont transférés de la machine à découper jusqu'à un transporteur. Dans la première position du robot, ils sont transférés, pile par pile, en position de déchargement sur un transporteur. À l'aide de son préhenseur, le robot rassemble le nombre correct de plaques et les place sur les rouleaux qui les acheminent jusqu'à la machine à emballer. Si le nombre de plaques de l'épaisseur fournie dans la pile est inférieur à la quantité du paquet, le robot les dépose dans l'une des positions d'attente. Si le nombre de plaques de l'épaisseur d'un paquet est suffisant dans une position d'attente donnée, le robot envoie le paquet de la position d'attente vers la machine à emballer.

Le paquet est transféré via les rouleaux à la machine à film, où il est emballé et fermement scellé. Le temps de cycle de la machine à emballer est de huit secondes. Il a été spécifiquement décidé de ne pas thermo-rétracter l'emballage, pour être sûr de ne pas endommager les plaques d'isolation thermique (sous l'effet d'une température supérieure, elles risqueraient de fondre). Les plaques emballées sont acheminées par les rouleaux jusqu'à un deuxième robot, qui assure l'empilage des paquets au format souhaité de la palette appropriée. Il est possible de traiter jusqu'à trois épaisseurs différentes, qui peuvent être empilées sur trois palettes différentes. Entre les deux robots figure un appareil d'impression et de fixation d'étiquettes permettant l'étiquetage approprié des paquets.

Combinaison ordinateur-automate programmable

L'ensemble du système est contrôlé et piloté depuis un ordinateur. Via Internet, l'ordinateur assure le bon fonctionnement de l'imprimante d'étiquettes, du contrôleur du robot, du contrôleur de la machine à emballer et de l'automate programmable (Siemens S7) qui actionne le reste de la chaîne. L'automate programmable pilote les préhenseurs pneumatiques ainsi que la courroie du transporteur et les rouleaux de déchargement. Les rouleaux sont entraînés par un moteur à train d'engrenages SEW et par une transmission par chaîne ; leur vitesse est contrôlée par une commande de fréquence Lenze qui communique avec l'automate programmable via Profibus.

Désormais, un opérateur doit sélectionner une « méthode de manutention » par bloc scié entrant sur l'ordinateur. Cette opération est pré-programmée. Elle permet de sélectionner le type et le modèle de découpe du bloc entrant ainsi que le modèle d'emballage souhaité. À l'avenir, nous envisageons d'avoir recours à des codes barres, lus par la machine, ainsi qu'à un progiciel de gestion intégré. Le logiciel est déjà là. Le système de surveillance développé par Fraxinus est très graphique. Il permet de suivre le travail visuellement et de détecter les interruptions 

Préhenseurs pneumatiques

Les préhenseurs ont été mis au point sur mesure par Fraximus. Ils comportent un double système de préhension : d'un côté, deux parois latérales sont pressées contre les plaques Isomo ; de plus, dans les parois du préhenseur figure un autre ensemble d'aiguilles qui sont enfoncées dans la plaque (pour que celle-ci ne glisse pas).  Le fonctionnement des parois latérales et des aiguilles est assuré par des vérins pneumatiques (Festo).

Il est également possible d'actionner le système via un axe de broche servo. L'avantage résidait dans le fait qu'il était possible d'ajouter un sixième axe à la commande, mais le coût aurait été très élevé, parce que la marge moyenne aurait du être très faible  (aujourd'hui, il existe deux largeurs de bloc  100 et 120 cm).

Un démarrage par phases

Fraxinus fut contacté en décembre 2010. Suite aux premiers plans de la chaîne robotisée (avec encore une seule épaisseur de plaque par bloc), Isomo passa commande en janvier 2011. Il fut décidé, au moment de l'établissement du plan détaillé, d'augmenter la flexibilité en autorisant jusqu'à trois épaisseurs par paquet. En mars, la construction effective pouvait démarrer.

L'installation sur site s'effectua en deux parties. Tout d'abord, le robot de désempilage et la machine à emballer furent mis en service le 6 juin 2011. L'empilage se faisait encore à la main sur des palettes, mais l'emballage lui-même décolla rapidement (heureusement, car le mois de juin est très chargé).  La pièce finale, le robot d'empilage, fut mise en service en août 2011.  Pour l'emballage, le gain en vitesse est énorme. Grâce à cette chaîne, il est possible de traiter 60 m³/heure et, pour certains types de plaque  jusqu'à 80 m³/heure, c'est-à-dire deux fois plus vite qu'avant. Il n'est donc plus nécessaire d'avoir une équipe de nuit.

Produits FANUC utilisés