L’automatisation flexible rencontre la fabrication structurelle


Un robot de manipulation et de montage de pièces (à gauche) travaille avec les robots de soudage pour fixer les pièces en place. Après cela, les robots de soudage effectuent la soudure finale.

Au début des années 2010, John Bailey a visité de nombreux fabricants de structures en Europe. Il cherchait à automatiser le soudage et voulait voir certaines des technologies les plus récentes et les plus performantes en action. Hélas, le président de l’époque de Prospect Steel, basé à Little Rock, Ark., une division de Lexiquen’a pas été impressionné. Les cellules robotisées soudaient très bien, mais elles devaient être programmées. Cela exigeait des ressources qui, selon lui, entraveraient le débit global.

« La technologie n’était pas encore là. Mais quelques années plus tard, nous avons fait un voyage en Autriche et avons emporté nos modèles structurels 3D avec nous. »

C’était Steve Grandfield, président du Lexicon Fabrication Group, rappelant la tournée des dirigeants de l’entreprise en 2015. Ils ont visité Composants Zemanune entreprise de robotique présentée à Lexicon par Peddinghaus. (Peddinghaus est le partenaire américain de Zeman. Lincoln Electric a acheté Zeman en avril 2021.) Lexicon voulait extraire directement les informations de son modèle structurel 3D (dans le logiciel Tekla Structures BIM) directement dans le logiciel de la ligne de montage et de soudage robotisée de Zeman.

Plusieurs facteurs retiennent de nombreux fabricants de structures de l’automatisation du soudage. L’un est le besoin de programmation. Un autre est le besoin de flexibilité de traitement. Lexicon Fabrication Group a réalisé les deux et, ce faisant, en fait a augmenté le nombre de soudeurs manuels, de monteurs et de personnel de montage qu’il emploie. Cela peut sembler ironique, étant donné que le manque de main-d’œuvre qualifiée est ce qui pousse de nombreux fabricants à la robotique en premier lieu.

Grandfield a attribué l’ironie aux opportunités que Lexicon a acquises au cours des sept dernières années. La robotique a permis au fabricant d’obtenir un travail qu’il n’aurait pas obtenu autrement. L’expérience du fabricant de structures montre à quel point le travail manuel qualifié complète la robotique. L’automatisation contre le fonctionnement manuel n’est pas un jeu à somme nulle. Au lieu que l’un élimine l’autre, ils deviennent plus efficaces ensemble.

Flux, du modèle à la soudure

Quelqu’un chez un fabricant OEM ou personnalisé peut passer du temps à programmer un robot via un pendentif d’apprentissage. Le processus peut être rationalisé avec une programmation et une simulation hors ligne, suivies d’une brève retouche de programme avec le pendentif d’apprentissage. Mais même si la programmation hors ligne minimise les temps d’arrêt du robot, quelqu’un doit encore s’asseoir devant un ordinateur pour le programmer. Cela peut être problématique pour la fabrication structurelle, dans laquelle chaque poutre, canal ou section structurelle creuse (HSS) peut avoir des emplacements de soudure et des exigences différents.

De même, les systèmes robotiques ont encore besoin d’opérateurs pour manier les composants, les fixer ou les fixer et les préparer pour le robot. Et à moins que l’atelier ne dispose d’un système de traitement des faisceaux qui trace des marques de disposition, quelqu’un doit marquer les faisceaux coupés avant qu’ils ne coulent en aval.

Un atelier qui s’appuie uniquement sur un pont roulant ou un chariot élévateur pour déplacer le matériel, au lieu de convoyeurs, pourrait voir le flux encore plus entravé. Le robot lui-même peut être incroyablement productif lorsqu’il est en marche, mais trop souvent, il reste inactif, attendant que le matériel arrive.

Lexicon a été l’un des premiers à adopter le marquage de mise en page automatique. Jusqu’en 2016, la plupart des poutres sortaient des machines de découpe et de perçage Peddinghaus de l’entreprise avec des marques faites par le système PeddiWriter. Cependant, une fois que l’entreprise s’est tournée vers le soudage robotisé, moins de composants ont nécessité ces marques. En effet, le système robotique Steel Beam Assembler de Zeman automatise non seulement le soudage, mais également le montage et l’assemblage.

Le flux partiel fonctionne comme ceci. Les poutres sortent des machines de coupe, de couronnement et de forage vers un convoyeur, qui alimente toutes les poutres en aval. Si ces faisceaux sont destinés au soudage robotisé, des convoyeurs les acheminent directement vers ce système. Le robot de soudage scanne le faisceau pour le localiser et trouver le point zéro.


Le faisceau repose sur une table qui peut faire pivoter la pièce à 360 degrés, permettant aux robots d’accéder à tous les côtés de la pièce.

À côté de cela, les opérateurs récupèrent les pièces coupées en amont et les placent sur une table, sans ordre ni orientation particuliers. Ils sélectionnent le travail sur un terminal informatique à proximité, après quoi le robot d’assemblage se met au travail. Le système scanne les pièces sur la table, les faisant correspondre aux informations sur la géométrie de la pièce extraites du modèle 3D. Avec sa pince magnétique (l’un des nombreux aimants que le robot utilise, en fonction du poids de la pièce), le robot de manipulation de pièces saisit le composant et le transporte jusqu’à la poutre, où il fixe le composant à l’emplacement correct. Et parce qu’il référence directement le modèle 3D, le robot n’a pas besoin de marque de mise en page tracée.

Juste avant de placer la pièce, le robot de soudage scanne son emplacement prévu et effectue tout ajustement d’ajustement requis, en fonction des tolérances de fraisage de la poutre. Le robot soudeur cloue la pièce en place et, puisant des informations directement à partir du modèle 3D, termine la soudure. “Le modèle dans Tekla Structures contient toutes les informations dont le robot a besoin”, a déclaré Grandfield, y compris l’emplacement de démarrage et d’arrêt, la taille de la soudure et d’autres variables.

L’ensemble du faisceau repose sur une table tournante. Ainsi, si les robots doivent faire pivoter le faisceau pour accéder à un point d’amure ou effectuer la soudure finale, la table fait pivoter le faisceau dans la position requise. De là, le faisceau sort du système et est acheminé vers l’aval.

En 2018, Lexicon a ajouté un système double dans son usine de Blytheville, Ark. Celui-ci comprend un robot d’assemblage et de montage qui fonctionne avec deux robots de soudage sur deux lignes de faisceaux parallèles (cinq robots au total). La disposition double le rendement et aide à équilibrer les temps de cycle, en particulier sur les poutres (ainsi que les canaux ou HSS rectangulaires ou carrés) avec de nombreux composants soudés. Alors que le robot de montage et le robot de soudage travaillent ensemble pour coller les composants sur une poutre, l’autre robot de soudage produit les soudures finales sur l’autre poutre.

Flexibilité dans la planification des capacités

Bien sûr, tous les travaux ne sont pas adaptés à l’automatisation du soudage. Certains ne rentrent tout simplement pas dans l’enveloppe de travail des systèmes ou sont tout simplement trop lourds (les systèmes ne peuvent pas gérer des poutres de plus de six tonnes). D’autres emplois pourraient ne pas bénéficier du soudage automatisé, mais ils bénéficieraient d’un ajustement automatisé.

“Entre 80% et 90% de nos travaux pourraient potentiellement passer par le système robotique”, a déclaré Grandfield, ajoutant qu’il peut gérer une grande variété de travaux dans certaines restrictions de poids et de taille, même des poutres cambrées. Cela dit, ce ne sont pas tous les travaux qui pourraient passer par le soudage robotisé. Cela, a expliqué Grandfield, a à voir avec la stratégie de planification de la capacité de l’atelier. Envoi en cours tout par soudage robotisé pourrait créer un goulot d’étranglement, en particulier pendant les heures de pointe.

Lexicon peut faire passer certains faisceaux par un ajustement automatisé, puis contourner le soudage robotisé et les transmettre directement au soudage manuel. D’autres encore ne sont envoyés que par montage et soudage manuels. Qui va où ?

Comme l’a expliqué Grandfield, cela dépend du travail et de la capacité actuelle de l’atelier. Les faisceaux qui rentrent dans l’enveloppe de travail du système et qui nécessitent de nombreux composants et beaucoup de soudure sont presque toujours envoyés à travers l’automatisation. Pendant ce temps, les travaux qui ne nécessitent que quelques composants soudés peuvent être envoyés directement au soudage manuel.

Cela revient à analyser le temps d’arc des robots en pourcentage du temps de cycle global, ainsi que la fréquence à laquelle le faisceau doit être manipulé. Les robots finiront très rapidement une poutre avec seulement quelques soudures ; en fait, la machine peut passer plus de temps à déplacer le faisceau en position qu’à souder. D’un autre côté, une poutre qui nécessite plusieurs pièces soudées sur différents côtés – nécessitant des rotations de pièces qui, dans un réglage manuel, nécessiteraient une grue – est un travail mûr pour l’automatisation.

Grandfield a ajouté que tout dépend de la capacité de l’atelier à un moment donné et, surtout, de la nature du travail. Cela dit, la technologie robotique a changé le type de travail que Lexicon traite. Cela est dû en grande partie à une approche différente des compromis de conception traditionnels entre les fabricants et les monteurs. Ce qui est facile pour les fabricants peut compliquer la vie des monteurs, et vice versa. Les robots, cependant, changent la donne.


Après avoir placé les composants à souder sur une table, l’opérateur choisit le travail suivant, signalant au système que le travail est préparé et prêt.

“Nous sommes fiers de nos relations avec nos monteurs”, a déclaré Grandfield. « Nous pouvons planifier notre ingénierie et la conception de nos connexions de manière à ce qu’elles soient efficaces non seulement en atelier mais aussi sur le terrain. Il y a toujours des compromis, mais le système robotique en atténue beaucoup. »

Par exemple, un fabricant peut travailler avec des dessinateurs et des monteurs pour minimiser le nombre de fois où l’atelier doit retourner une poutre pour accéder à une soudure. Avec l’automatisation, cependant, retourner le faisceau n’est pas une affaire ardue.

Comme l’a expliqué Grandfield, « Nos systèmes robotiques font pivoter le faisceau à 360 degrés. Nous pouvons souder de tous les côtés sans grue. Lorsque vous parlez d’essayer d’adapter manuellement, disons, une colonne de 20 pièces au lieu de tout faire avec un robot, les économies sont assez importantes.

Avantage compétitif

Aujourd’hui, Lexicon dispose de trois systèmes robotiques (qui intègrent quatre lignes robotiques) dans ses trois usines de l’Arkansas. La technologie a aidé Lexicon à gagner des parts de marché pendant le boom du commerce électronique et des entrepôts, et elle a depuis aidé l’organisation à se tourner vers les usines de batteries, les usines d’assemblage de véhicules électriques et les installations de semi-conducteurs.

L’adoption agressive de la technologie par l’entreprise a stimulé un cercle vertueux – et, bien que cela puisse sembler contre-intuitif, le cycle a vraiment commencé parce que Lexicon n’a pas lancé tous travail qu’il pourrait aux systèmes robotiques. Au lieu de cela, l’entreprise a étudié les points forts des systèmes (comme le traitement des poutres avec beaucoup de soudures et de rotations de poutres) qui l’aideraient à tirer le meilleur parti de son investissement en automatisation. Ensuite, il a développé un système de routage double, un pour les projets de soudage manuel et un autre pour les travaux de soudage robotisé. Le système de routage équilibre la capacité et aide divers éléments d’un travail à atteindre l’assemblage final à peu près au même moment.

L’entreprise cite des travaux et propose des options de conception qui seraient beaucoup trop coûteuses et parfois carrément irréalisables sans la robotique. Cela ouvre la porte à plus de travail, ce qui augmente le volume global, y compris le volume de travail qui ne correspond pas au système robotique, d’où le besoin de plus de monteurs, soudeurs et assembleurs manuels.

“L’augmentation du volume nous a également amenés à investir dans des équipements supplémentaires pour soutenir notre croissance, comme de nouvelles machines de traitement de plaques et des lignes de forage”, a déclaré Grandfield.

Ces machines, à leur tour, ont besoin d’opérateurs pour les faire fonctionner et de techniciens pour les entretenir. Aujourd’hui, Lexicon Fabrication Group emploie environ 600 personnes et l’entreprise continue d’embaucher. Depuis 2015, sa capacité globale a pratiquement triplé.

L’histoire de Lexicon révèle une vérité méconnue sur l’automatisation. Oui, cela élimine les tâches manuelles. Par exemple, moins de personnes aujourd’hui feront carrière comme ajusteurs qui appliquent des marques de mise en page à la main. Mais parce que l’automatisation contribue à rendre un fabricant plus compétitif, elle ouvre également la porte à une grande variété de travaux nécessitant diverses compétences. Cela inclut le soudage manuel. De nouvelles opportunités conduisent à de nouveaux investissements technologiques, et ainsi le cercle vertueux se poursuit sans relâche.

À propos de Lexique

Les origines de l’entreprise remontent à 1968, lorsque Tom Schueck a créé Scheuck Steel Products dans son garage reconverti à Little Rock, Ark. Aujourd’hui, Lexicon est une organisation de plus de 2 500 employés organisée en deux divisions : Lexicon Fabrication Group et Lexicon Construction Group. Cette dernière fournit des services de construction, d’entretien et d’énergie sur site. Le Lexicon Fabrication Group compte trois divisions de fabrication : Prospect Steel Co., Custom Metals et Steel Fabricators of Monroe.


Depuis l’installation de son premier système de soudage robotisé, Lexicon a connu une augmentation du volume de commandes, ce qui a conduit à plus d’embauches, y compris plus d’opportunités pour les soudeurs qualifiés.

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