Le système automatisé utilisant des AGV de DS Automotion flexibilise le montage des pompes à chaleur chez Stiebel Eltron
Les pompes à chaleur contribuent à atteindre les objectifs climatiques. En tant que systèmes de chauffage et de refroidissement écologiques, elles utilisent l'énergie de l'air ambiant, du sol ou de la nappe phréatique à la place des matières premières fossiles. Dans son usine de Holzminden, Stiebel Eltron produit des pompes à chaleur dans de nombreux modèles différents sur une ligne de production commune et très flexible. Un système de transport automatisé utilisant des véhicules autoguidés de DS Automotion y assure le transport entièrement automatique et adapté aux besoins entre des groupes de postes de travail manuels reliés par des systèmes de transport rigides.
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Le tournant énergétique envoie le pétrole et le gaz à la retraite, non seulement dans l'industrie et les transports, mais aussi dans la domotique. L'avenir de la maison appartient à une technique intelligente et respectueuse de l'environnement, condition préalable à la transition énergétique. Au lieu d'utiliser des matières premières fossiles comme le charbon, le pétrole et le gaz, les pompes à chaleur utilisent l'énergie thermique de l'air ambiant, du sol ou de la nappe phréatique, l'électricité servant d'énergie d'entraînement à la pompe à chaleur.
Les pompes à chaleur ne consomment toutefois qu'une fraction de l'énergie électrique qu'elles fournissent sous forme de chaleur ou de froid. Considérées comme systèmes d'avenir, elles réduisent considérablement les émissions de CO2 dues au chauffage et à la climatisation et sont donc une technologie clé pour atteindre les objectifs climatiques.
Production flexible de pompes à chaleur
Stiebel Eltron GmbH & Co. KG est l'un des leaders mondiaux de la fabrication de systèmes de chauffage par pompe à chaleur. Fondé en 1924, ce fabricant d'appareils électriques, de production d'eau chaude et de chauffage a été l'un des pionniers de cette technique et a commencé à développer et à produire des pompes à chaleur dès les années 1970, à l'occasion de la crise pétrolière. La prise de conscience croissante de l'environnement et du climat a entraîné une augmentation continue de la demande. Avant même que les récents bouleversements politiques mondiaux n'accélèrent encore cette tendance en raison de la forte hausse des prix du gaz, Stiebel Eltron a décidé d'étendre ses capacités de production sur le site de Holzminden.
Les quelque 2.000 collaborateurs du centre de compétence pour les pompes à chaleur de ce site produisent de nombreux modèles de différentes classes de puissance pour une installation intérieure ou extérieure, fonctionnant selon le principe d’échange air-eau, eau glycolée-eau ou eau-eau. Cette diversité de produits et les variations de besoins qui en découlent ont poussé, à leurs limites, les lignes de production liées aux modèles. Par exemple, les pompes à chaleur devaient être déplacées manuellement d'un poste de travail à l'autre sur des supports d’assemblage. Ce concept manquait de flexibilité.
C'est pourquoi le département "Rationalisation et moyens d'exploitation" a planifié une installation de production hautement flexible pour les pompes à chaleur air-eau, appelée "multiligne". Celle-ci devait être en mesure de produire tous les types, y compris toutes les variantes, en petits lots jusqu'à la pièce unique. "La séquence de montage des différents modèles est très différente, de sorte qu'une ligne de montage rigide continue n'était pas envisageable", explique Roman Flegel, M. Sc., ingénieur process pour la rationalisation chez Stiebel Eltron et chef de projet Multiline.
Système mixte utilisant un système de transport automatisé par véhicules autoguidés
Dans l'installation Multiline, les deux premiers postes de travail manuels sont reliés à un dispositif de transport à chaîne poussée, car les étapes de travail peuvent être effectuées au même rythme jusqu'à la mise en place des compresseurs. Les temps de traitement de l'étape suivante, aux quatre postes de brasage du circuit frigorifique, sont nettement plus longs et varient en outre d'un modèle à l'autre. C'est pourquoi le transport à cet endroit s'effectue à l'aide d'un système de transport automatisé par AGV.
Il en va de même pour la suite du transport vers le montage de l'évaporateur, la chambre d'essai et, pour finir, vers l’entrepôt tampon. De là, les pompes à chaleur sont à nouveau acheminées par AGV d’un poste de transfert vers la zone de travail, où sont effectués le câblage, l'isolation et le montage du boîtier. Là, un système de transport fixe se charge à nouveau du transport vers les différents postes de travail.
Une recherche de partenaire réussie
Les rationalisateurs de Stiebel Eltron avaient déjà une expérience de plusieurs années avec les systèmes de transport automatisé par AGV. Il ne leur a donc pas été difficile d'intégrer cette technologie dans leur concept. Le département "Rationalisation et moyens d'exploitation" est également intervenu en tant qu'entrepreneur général pour la mise en œuvre de l'installation Multiline avec des technologies mixtes.
Stiebel Eltron a confié la fabrication des installations de convoyage fixes à Knoll Maschinenbau GmbH. L'entreprise a également fourni les porte-pièces. Ceux-ci peuvent recevoir des pompes à chaleur de toutes les tailles à fabriquer grâce à des inserts en plastique de Stiebel Eltron et sont adaptés à une utilisation aussi bien sur les installations fixes que sur les véhicules de transport automatisé par AGV.
En raison de l'étroitesse de l'espace, les AGV doivent être capables de se déplacer de manière omnidirectionnelle sur la trajectoire pour desservir le stock tampon. Le choix s'est porté sur DS AUTOMOTION GmbH. Ce fabricant autrichien expérimenté d'AGV développe et produit exclusivement des systèmes de transports automatisés depuis près de 40 ans. Ses systèmes sont réputés pour leur grande aptitude industrielle et leur fiabilité. "DS AUTOMOTION était le seul fabricant d'AGV à pouvoir proposer un AGV omnidirectionnel adapté", explique Roman Flegel. "De plus, le système de gestion centrale des AGV ne se contente pas d'attribuer les transports aux véhicules, il gère également le stock tampon".
L'installation d'AGV OSCAR omni a permis de réduire de 50 % la surface nécessaire pour le stock tampon. Cela permet également de réduire les trajets, de sorte que nous n'avons besoin que de quatre véhicules.
Transport omnidirectionnel
Le véhicule autoguidé OSCAR omni navigue dans les espaces les plus étroits. Les servo-entraînements de sa technique d'entraînement éprouvée assurent un fonctionnement silencieux et une grande précision de positionnement, même dans des stations étroites. Les véhicules vérifient leur trajectoire en naviguant librement grâce à la navigation laser basée sur la reconnaissance de contours, complétée chez Stiebel Eltron par la navigation couplée à l'aide de plots magnétiques pour une plus grande précision. Grâce à leur construction extrêmement basse, avec une hauteur libre de seulement 310 mm, les AGV conviennent à un grand nombre de transports en passant sous la charge à dépalcer.
"Dans la multiligne Stiebel Eltron, les OSCAR omni ne transportent pas seulement les pompes à chaleur sur leurs porte-pièces d'un poste de travail à l'autre", précise Kai Hoffmann, directeur des ventes pour l'Allemagne chez DS AUTOMOTION. "Ils se chargent en plus de la mise à disposition du matériel nécessaire vers les postes de travail de brasage dans des chariots à roulettes". La prise et la dépose de la charge utile, qui peut atteindre 1000 kg, s'effectuent automatiquement au moyen d'un dispositif de levage intégré avec une course de 160 mm. "L'installation AGV avec OSCAR omni a permis de réduire de 50 % la surface nécessaire pour le stock tampon", rapporte Roman Flegel. "Cela permet également de réduire les trajets, de sorte que nous n'avons besoin que de quatre véhicules".
Gestion de la flotte et plus encore
Le système de gestion centrale des AGV, DS NAVIOS, calcule les missions de transports pour les AGV. Pour ce faire, il utilise des données qu'il reçoit d'une part directement du système ERP et d'autre part également de l'installation de convoyage. La communication avec cette dernière, y compris pour le transfert de charge, se fait via le protocole ouvert OPC-UA. La gestion du stock tampon est également assurée par DS NAVIOS, dont les fonctionnalités vont bien au-delà de celles d'un simple système de gestion de flotte.
DS NAVIOS communique avec les AGV non seulement chez Stiebel Eltron, mais déjà de manière générale en standard via l'interface normalisée VDA 5050. "Cela donne aux utilisateurs la liberté d'utiliser des véhicules d'autres fabricants si ceux-ci sont mieux adaptés à l'utilisation spécifique", explique Kai Hoffmann, et Roman Flegel ajoute : "Même si nous n'en voyons pas la nécessité actuellement, il est rassurant d'avoir cette possibilité en cas de besoin".
Les AGV de type OSCAR omni ne transportent pas seulement les pompes à chaleur sur leurs porte-pièces, ils se chargent en outre de la mise à disposition du matériel nécessaire vers les postes de travail de brasage dans des chariots sur roues.
Projet phare en matière d'industrie 4.0
Bien que l'activité de production ait dû se poursuivre en parallèle en raison du nombre élevé de commandes, il a été possible de mettre en place la multiligne prête pour la production en moins d'un an. "Depuis sa mise en service mi-2021, l'installation fonctionne en production à trois équipes et offre, outre des temps de réaction plus courts, la possibilité de faire passer même de nouveaux types de produits ou des séries zéro sur la multiligne", explique Roman Flegel. "En reliant les informations sur les produits et les commandes à la solution de transport intelligente basée sur les AGV, nous avons créé, avec nos partenaires, notamment DS AUTOMOTION, un véritable projet phare en matière de numérisation et d'industrie 4.0".
Comme c'est souvent le cas avec des projets de cette complexité basés sur la technologie la plus récente avec de nombreuses interfaces, le démarrage ne s'est pas fait sans frictions. "DS AUTOMOTION ne nous a pas laissés seuls et a toujours été présent en temps voulu pour résoudre les problèmes ou poursuivre les développements", confirme Roman Flegel. "Après le traitement de quelques 'maladies d'enfance', la Multiline répond maintenant avec brio à toutes les attentes placées en elle et garantit également à long terme une production efficace et économique de pompes à chaleur". L'entreprise a surtout réussi à augmenter sa capacité de production comme elle le souhaitait. Sur la même surface, Stiebel Eltron a pu doubler le nombre de pièces.
Poursuite de l'expansion prévue
L'appétit vient en mangeant. L'automatisation de la production de pompes à chaleur doit être étendue dans une prochaine étape à l’assemblage final mentionné ci-dessus, c'est-à-dire au câblage et à l'isolation finaux. Il est également prévu d'intégrer le contrôle final et l'emballage dans la solution d'automatisation.