Fabrication de machines

Reportage
Solutions
Vu
chez
Citus
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FAB R I C A T I O N D E M A C H I N E S
Maintenance à distance
et conception simplifiée :
les choix gagnants de Citus

Une machine renferme bien souvent des composants issus de constructeurs
différents. Quelles qu’en soient les raisons, économiques ou stratégiques, cela
peut nuire à la simplicité de conception. Pour sa dernière génération de machines
de fabrication de rouges à lèvres, la société Citus a opté pour les solutions d’automatismes d’un seul constructeur. Son choix s’est porté sur le matériel de B&R
Automation. Résultat, le temps de mise sur le marché des machines a été
raccourci et leur maintenance facilitée.
L
’Oréal, Avon, Yves Saint Laurent,
Shiseido… Tout le monde connaît
ces marques célèbres pour leurs
crèmes, leurs maquillages, leurs
parfums, leurs bâtons de rouge à lèvres… En
revanche, la société Citus n’est connue que
par les spécialistes du secteur de la cosmétique. Elle est en effet spécialisée dans la conception de machines pour la fabrication de
bâtons de rouge à
lèvres. Des machines
L’essentiel
tout à fait singulières
puisqu’elles exploitent
 La société Citus a décidé de
faire appel à un constructeur
un procédé de mouunique pour réaliser
lage en silicone qu’elle
une nouvelle génération de
a breveté en 1994.
machines.
La fabrication de bâ Grâce à cette offre unique,
tons de rouge à lèvres
les machines gagnent
a beau être un marché
en temps de conception.
très ciblé, Citus doit
On s’affranchit des problèmes
faire face aux mêmes
de compatibilité entre
problèmes que les
équipements de différents
autres fabricants de
constructeurs.
machines : intégration
 La maintenance, surtout,
des composants de
est améliorée : réglages
plus en plus poussée,
et modifications s’effectuent
développement de
simplement en changeant
programmes d’autola carte CompactFlash,
matismes robustes,
et l’application peut être
pilotée à distance.
réduction des coûts de
conception, diminu-
40
tion des temps de mise sur le marché, ou
encore simplification des opérations de
maintenance.
Les performances des machines dépendent
bien entendu des choix matériels et de l’architecture qui a été finalement arrêtée. Elles
peuvent même dépendre de façon importante des spécificités de la gamme du fournisseur de composants d’automatismes.
Pourtant, ce n’est pas toujours facile pour
Citus d’imposer la solution optimale pour un
process. Certains groupes cosmétiques ont
des liens historiques avec les principaux
fabricants d’automatismes, et il n’est pas rare
qu’ils imposent leurs préférences. En général,
leurs cahiers des charges préconisent des
marques spécifiques pour le matériel constituant les machines. Toutefois, lorsque Citus
entreprend en 2004 le développement d’une
nouvelle génération de machines, Jean Eslava
préfère se pencher avec la plus grande attention sur les offres de différents constructeurs
d’automatismes. Chez Citus, il n’est pas seulement responsable des automatismes. Il est
également en charge du service après-vente.
De par cette double casquette, il est confronté
à la fois aux contraintes liées à la conception
des machines et aux problèmes qui peuvent
survenir lorsque les machines sont en exploitation chez les clients finaux, c’est-à-dire tout
au long de leur cycle de vie.
Le tour d’horizon des offres du marché a
conduit Jean Eslava à s’intéresser de plus près
à la gamme de composants d’automatismes
de B&R Automation. Mais il lui restait à convaincre la direction, les actionnaires et les
clients de Citus qu’une solution “monoconstructeur” présentait bien des avantages. Défi
d’autant plus difficile que dans l’industrie
plus qu’ailleurs, on ne change pas si facilement ses habitudes en matière d’achat de
matériels.
Premier argument avancé : l’installation sur
la machine de matériels provenant d’un
fournisseur unique assure l’interopérabilité
des différents composants et leur meilleure
intégration. La baisse des coûts de maintenance des machines est également évidente :
« pour des systèmes automatisés complexes, les temps
et les coûts de maintenance sont directement fonction
Une vue de l’armoire électrique de la machine, sur laquelle on
aperçoit les variateurs Acopos de B&R Automation (en bas
à gauche). Leur remplacement, en cas de panne, s’effectue de
manière totalement “Plug & Play”. Il n’y a rien à modifier
dans le programme de l’automate.
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La dernière machine de coulage de rouge à lèvres propose une productivité doublée par rapport aux machines des générations
précédentes. Le process de fabrication s’effectue en ligne, contrairement aux autres qui utilisaient des plateaux rotatifs.
du nombre de fabricants impliqués dans la fabrication
de la machine, explique-t-il. Plus il y a de constructeurs, plus on prend le risque qu’il y ait une mauvaise interaction entre deux équipements. Sans compter
que les fabricants peuvent se rejeter mutuellement la
faute en cas de panne inexpliquée. » Pendant ce
temps, c’est la fabrication de rouges à lèvres
qui en pâtit, car les moyens de production
peuvent être arrêtés pendant plusieurs
jours.
Un PC industriel, des borniers d’Entrées/
Sorties, une interface homme-machine
(IHM), des variateurs de vitesse, des câbles,
des connecteurs sont les principaux matériels qui composent la partie automatismes
d’une machine de production de rouge à
lèvres. B&R dispose justement à son catalogue
de tous ces produits. Cerise sur le gâteau, en
optant pour un Panel PC plutôt qu’un PC et
un afficheur pour l’interface homme-machine (IHM), les coûts de câblage et les
temps de configuration sont réduits.
Second argument : le logiciel fourni avec les
composants d’automatismes est nativement
conçu pour s’exécuter sur des éléments de
la plate-forme de B&R. « Avec Automation
Studio, tout paraît plus simple. D’une part, les équipements sont reconnus automatiquement, et d’autre
part, la bibliothèque d’objets prédéfinis est très riche.
De nombreuses boucles de commande ou d’asservissement sont préparamétrées, ce qui représente un gain
de temps non négligeable en conception, affirme Jean
Eslava. C’est notamment le cas des fonctions de cames
automates, qui demandent d’ordinaire des compétences
avancées en programmation, et qui ici s’écrivent en
un tournemain. » Chaque programme ou bloc
fonctionnel peut être décrit selon les cinq
langages de la norme IEC61131, ainsi qu’un
sixième langage appelé AutomationBasic
(très proche du Basic).
Enfin, pour ce qui concerne la visualisation,
la connexion aux différents paramètres s’effectue automatiquement. Le regroupement
des programmes automate et de supervision
sur une même plate-forme logicielle autorise l’accès à toutes les variables depuis l’environnement de développement de l’application de supervision. Cette intégration va
même au-delà, puisqu’Automation Studio
inclut aussi le pilotage des variateurs de vitesse
(partie “Motion Control”) ainsi que la gestion
des données qui transitent sur le réseau de
terrain PowerLink. De par cette intégration,
chaque déclaration de variable est unique
(pour un capteur, par exemple), et la variable
devient accessible depuis n’importe quel
module du logiciel (parties automate, supervision, Motion Control et Powerlink).
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cœur du savoir-faire Citus. Pour le reste, tout
ou presque est de conception nouvelle, à
commencer par les programmes automates
et les pages de visualisation. Ces dernières
ont été réalisées en partenariat avec L’Oréal (le
client final), et leur conception a été beaucoup plus rapide qu’avec une application de
supervision spécifique. Première différence
avec l’architecture des machines d’anciennes
générations : des borniers d’Entrées/Sorties
étanches (IP67) sont utilisés pour décentraliser une grande partie des informations.
Auparavant, tous les borniers d’Entrées/
Sorties étaient des composants IP20 installés
dans l’armoire électrique de la machine.
Désormais, chaque groupe de capteurs est
connecté à un bornier déporté, ce qui réduit
les coûts de câblage (grâce à PowerLink, l’architecture en étoile devient une architecture
en ligne). De plus, les dimensions de l’armoire électrique ont pu être réduites (elle
ne contient plus aujourd’hui que les variateurs, les alimentations et quelques borniers
d’Entrées/Sorties IP20).
Concernant les autres choix matériels, Citus
a opté pour le Panel PC PP420. Ce dernier
est capable de prendre en charge tous les
calculs (programme automate et pilotage des
variateurs) et l’affichage se fait directement
sur l’écran 15’’ couleur. La partie contrôle de
mouvement exploite PowerLink, le réseau
de terrain temps réel et Open Source de B&R.
Les valeurs des nombreuses E/S transitent
sur un bus appelé X2X, propriété du ➜
Accélérer la conception
des machines
Jean Eslava convainc ainsi ses collaborateurs
des avantages que procurerait une offre matérielle et logicielle intégrée. Ses préconisations sont adoptées et le développement
d’un prototype démarre. Citus profite bien
entendu de ce changement de stratégie pour
repenser la conception de la machine qui
jusqu’à présent reposait sur une architecture
commune. Mais pour ce projet, seul le principe du moulage et le système de convoyage
des palettes ont été conservés car ils sont au
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L’état de surface d’un bâton de rouge à lèvres doit être irréprochable. C’est pourquoi
il est difficile d’y apposer un logo. La société Citus a relevé le challenge en
développant une technique de coulage du rouge à lèvres dans des moules souples.
Un savoir-faire spécifique qui intéresse au plus haut point les grands groupes
cosmétiques.
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Le spécialiste du rouge à lèvres depuis près de 40 ans
La société Citus développe des machines pour
la production de rouges à lèvres depuis le
début des années 70. Les moules utilisés pour
le coulage des bâtons de rouge à lèvres étaient
alors en métal. C’est en 1994 que l’entreprise
développe et dépose un brevet pour des
moules en silicones. Cette technique offre une
grande liberté pour la forme du bâton
de rouge à lèvres, ainsi que de très bons états de
surface. Et grâce à elle, ses machines ont été
les premières à pouvoir conditionner des tubes
sur lesquels figurent des logos (les logos sont
très difficiles à obtenir sur un moule métallique
traditionnel).
Opérant sur un marché très ciblé, la société Citus
vend ses machines à fabriquer le rouge à lèvres
sur tous les continents. Elle fait aujourd’hui
partie du groupe Sirius Machinery Group
(regroupant Citus, Norden Pac, Kalix et ADMV).
Le groupe, créé en 2004 et positionné sur
le secteur de l’emballage au sens large, offre aux
quatre sociétés l’opportunité de développer
leurs ventes dans les pays asiatiques (Chine et
Japon en tête) et sur le continent américain.
➜ constructeur autrichien. Olivier
Rambaldelli, responsable marketing de la
filiale française, indique que « le principal
avantage du bus X2X réside dans le fait que les borniers n’ont besoin d’aucun adressage physique (adresses
IP). Et contrairement à la plupart des autres borniers
d’E/S déportées du marché, ces borniers IP20 n’embarquent aucune information de configuration ».
Ainsi, en cas de panne matérielle, le bornier
défectueux peut être immédiatement remplacé par un autre et la machine peut redémarrer au plus tôt.
On retrouve cet aspect Plug&Play du côté du
contrôle de mouvement. « Avec les moteurs et
variateurs de la gamme Acopos, plus besoin de décrire
les références ou les caractéristiques dans le programme
automate. Ils sont détectés automatiquement par le
réseau PowerLink, et le pilotage s’effectue simplement
en indiquant une valeur de couple ou de position à
atteindre. Et comme pour les borniers d’E/S IP20,
un changement de moteur est réalisé par un remplacement de l’ancien par le nouveau. Il suffit ensuite de
relancer la machine et l’application redémarre »,
explique Jean Eslava. Bénéfice non négligeable
lorsque l’on sait que la machine peut compter
de treize à quinze variateurs.
Chine, qui exploite ce prototype. Mais plus
encore que la productivité, L’Oréal dont les
sous-traitants sont dispersés à travers le
monde attachait surtout de l’importance à la
maintenance des machines. Car c’est en
Chine que seront bientôt utilisés plusieurs
de ces nouveaux équipements de production. La conduite et la maintenance des machines devaient donc être à la portée d’opérateurs pas forcément très qualifiés.
Faciliter la maintenance
sur site ou à distance
L’Oréal devait s’assurer que les réparations
n’exigent pas une grande expertise. Les
choix techniques de Jean Eslava ont permis
de répondre à ses attentes. Par exemple,
comme l’intégralité des programmes est
exécutée depuis une carte CompactFlash,
cela réduit les temps d’arrêt. Cette carte mémoire embarque toutes les données relatives
aux applications (automatismes, visualisation et contrôle d’axes). L’application démarre uniquement depuis cette carte (le PC
n’a pas besoin de disque dur de stockage).
En cas de problème, Citus envoie simplement
par Internet le contenu de la carte
CompactFlash qui était installée. De son côté,
le sous-traitant réceptionne ces fichiers, les
copie sur une carte formatée spécialement
pour la plate-forme B&R, insère la carte, et
l’application redémarre.
Ce système à base de cartes mémoire trouve
également un intérêt pour le paramétrage de
la machine. Il suffit aux ingénieurs sur site
d’envoyer leurs requêtes (modification de
paramètres, correction de bugs, etc.), et Citus
leur renvoie les fichiers modifiés. Cela concerne également les corrections à apporter
aux traductions des fenêtres de supervision
(du français vers le chinois). Comme les machines se destinent principalement au marché
chinois, les requêtes de traduction affluent
pendant les jours qui suivent le démarrage,
et cela aurait pu poser un véritable problème.
Mais ici, comme tout est regroupé sur un
seul support physique, l’utilisateur a toujours l’assurance de disposer des dernières
versions des programmes.
Outre le lecteur de cartes CompactFlash, le
Panel PC dispose d’un port USB pour le stockage des données de production. Ainsi, les
recettes de production sont sauvegardées sur
une clef USB, une garantie supplémentaire
en cas de panne matérielle, mais surtout le
sous-traitant peut envoyer cette clef à Citus.
Plus d’intégration pour
plus de performances
L’intégration dans une même machine de
l’ensemble des solutions d’un même constructeur a porté ses fruits en termes de performances. La machine peut atteindre une
cadence de fabrication de 60 à 100 bâtons
de rouge à lèvres par minute, là où les anciennes générations ne dépassaient pas
40 produits par minute. D’où un net gain en
productivité pour l’usine L’Oréal, basée en
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Les moteurs sont équipés de codeurs Endat, des systèmes multidisque qui délivrent une valeur réelle (et non relative) de leur position.
Cela raccourcit les temps d’arrêt, étant donné que le moteur n’a pas besoin de reprendre ses origines avant de redémarrer.
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Un procédé de fabrication siliconé
Le procédé de fabrication des bâtons de rouge à lèvres a été inventé et breveté par la société Citus.
Il s’agit d’équiper les machines de moules en silicone, au lieu des moules métalliques traditionnels.
Ici, on n’ouvre pas le moule en deux parties (comme c’est le cas pour la plupart des processus
de moulage), mais on écarte le moule en silicone du bâton par un système de dépression d’air. Cela garantit
au bâton un état de surface parfait (il n’y a pas de plan de joint, contrairement à un moule métallique).
Le principe de fonctionnement est le suivant :
1 – Chauffage du moule ;
2 – Remplissage du moule avec le rouge à lèvres fondu ;
3 – Refroidissement du moule pour figer la matière qui compose le rouge à lèvres ;
4 - La surface du bâton est aplatie à l’aide d’un outil chauffant ;
5 – Une pompe à vide crée une dépression qui écarte la partie supérieure du moule ;
6 – Insertion de la “cupule” (le système à vis qui permet au bâton de monter et descendre). Le bâton est maintenu par des griffes ;
7 – Création d’une dépression pour écarter la partie inférieure du moule, puis extraction du bâton de rouge à lèvres.
1/ Chauffage
2/ Remplissage
Vide
Vide
3/ Refroidissement
Vide
Vide
Vide
Vide
4/ Aplatissement
5/ Ecartement du moule
En retraçant le scénario précédant une panne,
le constructeur est capable d’en déterminer
les causes.
De plus, le dépannage sur site est facilité par
l’uniformité du câblage au sein de l’offre
B&R. « Tous nos équipements, qu’ils soient reliés via
le bus X2X ou le réseau PowerLink, utilisent le même
câble et les mêmes connecteurs, commente Jean
Eslava. Avec cette offre unifiée, on rompt avec l’image
d’Epinal du technicien qui a besoin d’une valise pleine
de câbles tous différents pour réparer une installation,
et à qui il manque toujours le bon connecteur pour
terminer l’intervention. »
Enfin, l’application peut être surveillée à distance. Grâce à un système de contrôle de
type Virtual Network Computing (VNC), il est
possible de déporter la visualisation. Cela
pourra être fait pour assurer la maintenance
(visualiser un message d’erreur, par exemple), mais aussi pour assurer un suivi global
du processus de fabrication. Pour cela, le
responsable de production ouvre une fenêtre
sur son PC de bureau et visualise ce qui est
affiché sur l’IHM de la machine. Il est également possible de concevoir des fenêtres dif-
6/ Insertion du mécanisme à vis
férentes de celles de l’opérateur (pour calculer
des indicateurs, par exemple). Mais ce système VNC ne sert pas qu’à la simple visualisation, et fonctionne dans les deux sens. La
machine peut être pilotée à distance. Pour
l’équipe de Citus, cela se révèle très utile pendant les phases de débogage de la machine.
Le choix d’employer un Panel PC renforce encore le caractère
“intégré” de la machine. La fiabilité est améliorée par rapport
à un système avec PC et écran séparés. Et son grand écran
couleur apporte plus de convivialité à l’application que les
précédents afficheurs monochromes.
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Vide
Vide
7/ Libération du bâton
Après quelques mois d’exploitation de cette
machine, le responsable des automatismes
de Citus ne regrette pas ses choix. Pour lui,
« avoir un interlocuteur unique facilite les réflexions
pendant les étapes de conception. Disposer de produits
entièrement Plug&Play représente également une
avancée significative en comparaison avec les précédentes machines : c’en est fini des problèmes de compatibilité entre équipements de constructeurs différents. Et la plate-forme logicielle commune (pour les
programmes d’automatismes, de supervision, de variation de vitesse et de réseau de terrain) est elle aussi
un atout majeur, car elle réduit les temps de conception des applications ». Tous ces aspects (ainsi
que les fonctions de sauvegarde et de pilotage à distance) vont dans le sens d’une amélioration de la maintenance, à plus forte
raison lorsque celle-ci doit être effectuée sur
des sites très distants. Opter pour une offre
mono présente donc des atouts, « tout en
n’étant pas forcément plus chère, puisque nous aboutissons à un système au même prix environ que ce que
proposait la concurrence, mais doté de performances
et de services plus importants ».
Frédéric Parisot
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