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RESUME DE PROJET DE
FIN D’ETUDE
PR OGR AM M A TI ON D'U N E C EL L UL E R OB O TI SE E D E S OU DAGE , MAR QU AGE ET M ES UR E
DE F O UR CH ET TE S D E B O I TE S DE VI TE SS E AV T O V AZ, D AN S L E C ADR E D U
R ECON DI TI ON N EMEN T D' UN AN C IEN IL OT D'A SS EMBL AGE
Rédigé par Yoann GAUTHIER, Elève ingénieur Mécatronicien INSA - 5ème année Soutenu en Septembre 2012
Tuteur entreprise : Denis Bastian
Tuteur Insa : Olivier Piccin
Non confidentiel
GAUTHIER Yoann
MIQ5
Projet de fin d’étude
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Devant la concurrence de plus en plus féroce des pays émergents dans tous les secteurs
de l’industrie, l’Europe doit sans cesse innover pour augmenter ses exigences en termes
de qualité et de productivité. Les machines de production se doivent donc de devenir de
plus en plus fiables, avec des temps de cycle toujours plus faibles. Le domaine de la
conception de machines spéciales devient donc de plus en plus complexe et ouvre
maintenant ses portes aux ingénieurs. C’est pourquoi je me suis vu confier lors de mon
projet de fin d’étude la conception software complète d’une cellule robotisée de
production de fourchettes de boites de vitesses.
CONQUETE D’UN NOUVEAU
MARCHE :
LE GROUPE SCHAEFFLER
Le groupe Schaeffler est à la fois un leader
dans la fabrication de roulements et de
produits linéaires, mais devient aussi de plus
en plus un fournisseur de l’industrie
automobile.
Principale entité de la filiale française, le site
d’Haguenau a un programme de fabrication
assez large qui comprend des roulements, des
guidages linéaires, des éléments de moteur et
des pièces de découpage de précision. Ces
composants sont implantés dans les
automobiles, dans la mécanique générale,
ainsi que dans les appareils et la mécanique
de précision. Sur le site, on connait
particulièrement bien la commande de boite
de vitesse, puisque qu’on en produit depuis
dix ans pour Mercedes, Getrag et d’autres.
Les capacités de production de la société
permettent la production de plus d’un million
de voitures par an. Constructeur généraliste
d’entrée de gamme, AvtoVAZ propose 15
modèles, parmi lesquels les Lada Kalina, Lada
Priora et Lada 4x4.En février 2008, et avec
l’appui de Vladimir Poutine, AvtoVAZ et
Renault ont signé un partenariat stratégique
ayant pour objectif d’accélérer la croissance
d’AvtoVAZ, de renouveler et d’élargir sa
gamme de véhicules, de développer la
marque Lada pour renforcer sa position de
leader sur le marché russe et de créer de la
valeur pour le groupe Renault. Renault
devrait ainsi contribuer à moderniser la
gamme et à concevoir en commun une petite
berline Lada.
LA COMMANDE
Dans le cadre de cette modernisation,
AvtoVAZ a fait appel au groupe Schaeffler
pour la réalisation de la commande de ses
boites de vitesse. La commande de ces boites
de vitesse se compose de deux éléments, un
« Schaltdom » (tour de commande) et des
« Schaltgabel » (fourches). Les fourches, qui
AVTOVAZ OU LA RELANCE
sont les éléments produits par la cellule sont
SOVIETIQUE
dites « hybrides », c'est-à-dire la combinaison
AvtoVAZ est le premier constructeur d’une fourche en aluminium et d’une
automobile russe et détient une part de mâchoire de boite en acier, qui seront
marché local de 23%.
assemblées par vissage. On compte trois
références de fourches.
FIGURE 1 REPRESENTATION DES TROIS REFERENCES DE FOURCHETTES AVTOVAZ
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CAHIER DES CHARGES DE LA
LIGNE FOURCHE
Le groupe Schaeffler ne possède pas des Les principaux chiffres du cahier des charges
compétences de fondeur, il se contente donc sont :
Livraison : semaine 24
d’assembler et contrôler les fourches.
Cadence : 4 produits/min
Opérateurs : 3 personnes en
L’assemblage consiste à :
 Visser la mâchoire de boite de vitesse Chacku/Chacku
 Emmancher
des
douilles Régleur : 0.4
Chargé de production : 0.5
Permaglide®



Souder les patins
Contrôler les tolérances de la fourche
Marquer les pièces
Pièces
témoins
Squelettes
fourche
Douilles
Permaglide®
Montage douille
Permaglide®
Rebuts
Pièces
témoins
A1
Poste
semi
auto 1
Machoires
Squelettes + douilles
Montage
machoire de
boite de vitesse
Rebuts
A2
Poste
semi
auto 2
Pièces
témoins
Patins
Squelettes + douilles
+ machoire
Pièces
étalons
Pièces
témoins
A3
Fourche complète non marquée
Rebuts
Contôle
multicote
Pièces
d’arrachement
Clipsage patins
Poste
semi
auto 3
Squelettes + douilles
+ machoire +
patins clipsés
Soudage patins
Litiges
A4
Cellule
robotisée
A5
Rebuts
Cellule
robotisée
Marquage
Fourche complète bonne
et non marquée
A6
Cellule
robotisée
Palletisation
Fourche complète bonne
et marquée
A7
Fourches montées, contrôlées
bonnes, marquées et palletisées
Poste de
palletisation
NOEUD :
A0
TITRE :
Ligne Fourches
N° :
FIGURE 2 SADT DE NIVEAU A0 DE LA LIGNE FOURCHES
La qualité fait l’objet d’une attention toute Un certain nombre de procédures sont
particulière dans le groupe. En effet, c’est nécessaires pour atteindre cet objectif. Elles
cette rigueur et l’objectif du zéro défaut qui font donc partie du cahier des charges.
permettent à Schaeffler de continuer de
produire en Europe.
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Un cycle semi manuel spécifique a été
implémenté puisque la mise en position de la
LES PIECES ETALONS
pièce avec le robot s’est avérée relativement
Le groupe a développé des solutions de
compliquée.
mesure basées sur des palpeurs et un
calculateur temps réel. Le programme de
LES PIECES TEMOINS
mesure nécessite donc un étalonnage
fréquent pour éviter toute dérive.
Les pièces témoins permettent de s’assurer
du bon fonctionnement de la machine. Elles
comportent un défaut connu, qui doit
LA PIECE D’ARRACHEMENT
absolument être décelé. Dans le cas contraire
La pièce d’arrachement est relative à la
la machine doit s’arrêter et se mettre en
station de soudage. C’est une pièce
défaut. De plus elles doivent demeurer à
spécifique sur laquelle on doit clipser des
résidence sur la machine, sans quoi celle-ci
patins à souder.
ne démarrera pas.
Elle est composée de 9 stations :
 Un plateau tournant de chargement
LA CELLULE COMME REPONSE
 Une soudeuse
PARTIELLE
 Trois stations de mesure (une par
référence)
Pour répondre aux fonctions A4, A5 et A6 de
 Une marqueuse
SADT A0 précédent, une cellule robotisée a
 Deux convoyeurs
été conçue.
 Un robot Anthropomorphe
FIGURE 3 REPRESENTATION DE LA CELLULE COMPLETE
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CAHIER DES CHARGES
SOFTWARE DE LA CELLULE
Le PFE a consisté à prendre en charge la
OBJECTIF DE LA MISE EN ROUTE
majeure partie de la conception software de
la cellule, c’est-à-dire principalement la La mise en route intervient juste avant la
programmation automate et robot. Les réception de la machine. Elle doit :
objectifs peuvent se diviser en trois parties :
 Etre la plus rapide possible. Sa durée
intervient directement dans le délai
de livraison de la machine.
OBJECTIF DE LA PREPARATION

Tester l’ensemble des cas possibles
La préparation est le moment de la
pour traquer le moindre bug.
conception du cycle. Il doit :
 Permettre, dans le cas d’une cellule
 Permettre à la cellule de répondre à
robotisée, de prendre les points
son propre cahier des charges.
robots.
 S’intégrer dans le standard de

Permettre les adaptations aux
programmation du groupe. Or le
imprévus. Que ce soit pour des
standard est principalement conçu
problèmes mécaniques ou de
pour des machines à plateaux
productivité, les modifications de
tournants. Il est donc nécessaire de
programmes sont souvent les plus
l’adapter, en particulier pour la
rapides et les plus simples.
communication avec le robot et la

Permettre d’atteindre le temps de
gestion des registres.
cycle.
 Etre le plus flexible possible pour


faciliter les éventuelles modifications
lors de la mise en route. Ceci est
OBJECTIF DE L’APRES PROJET
particulièrement le cas pour les Le travail sur la cellule ne s’arrête pas à la
stations de mesure. En effet, elles mise en route. Il faut encore :
sont
uniques
et
relativement
 Commenter et expliquer les parties
délicates.
hors standard dans le programme.
Etre fiable.
Non seulement le
 S’assurer que les grafcets soient à
programme doit être conçu pour
jour.
éviter les bugs, mais surtout il faut
 Assurer la maintenance de la cellule.
être sûr qu’aucune pièce mauvaise ne
 Optimiser le cycle.
se retrouve dans les pièces bonnes.
On peut donner l’exemple suivant,
lorsque la cellule est en mode
manuel, si un opérateur enlève une
pièce et en repose une autre, il faut
s’assurer que cette dernière soit bien
considérée comme mauvaise.
Etre compréhensible par tous les
automaticiens. Il ne s’agit pas ici de
concevoir un prototype pour prouver
la faisabilité d’un process. La cellule
devra produire des pièces 24h/24h.
Les interventions sont courantes et il
est nécessaire que tous les
automaticiens puissent comprendre
et
modifier
les
différents
programmes.
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LES RESULTATS
Les résultats sont plutôt concluants. La
machine fonctionne à 100% de sa vitesse
maximale, ce qui lui permet d’atteindre un
temps de cycle compris entre 17 et 20
secondes en fonction des références.
Le schéma ci-dessous représente le cycle
normal du robot, c’est-à-dire quand toutes
les pièces sont bonnes. Seuls les points
robots en noir sont utilisés dans le cycle
normal.
Station 1
Chargement
ST01_P (Pince 1)
ST01_P (Pince 2)
1
Station
8
ST02 (Pince 2)
ST07_P2 (Pince 2)
ST07_D2 (Pince 1)
ST08_D1 (Pince 1)
ST08_D2 (Pince 2)
5
Statio
So u d n 2
age
Station 7
4
Station 9
Robot
ST07_P1 (Pince 2)
ST07_D1 (Pince 1)
2
5
3
5
ETALON4_P (Pince 2)
ETALON4_D (Pince 1)
3
Station 3
Mesure ref 40
ST03_P (Pince 1)
ST03_D (Pince 2)
ETALON5_P (Pince 2)
ETALON5_D (Pince 1)
ETALON3_P (Pince 2)
ETALON3_D (Pince 1)
ST06_D1 (Pince 2)
ST05_P (Pince 1)
ST05_D (Pince 2)
ST04_P (Pince 1)
ST04_D (Pince 2)
Station 5
Mesure ref 80
Station 4
Mesure ref 70
ST06_D2 (Pince 1)
S
o
u
d
a
g
e
M
e
s
u
r
e
ST06_D3 (Pince 1)
ST06_D4 (Pince 2)
A
u
t
r
e
Station 6
FIGURE 4 SCHEMA REPRESENTATIF D'UN CYCLE DE PIECES BONNES REFERENCEES 40 (P = PRISE, D=
DEPOSE)
Le projet n’est pas encore terminé :
 Les capabilités des stations de
mesure doivent être validées par le
service qualité.
 Le temps de cycle de la machine n’est
pas encore atteint, cependant le robot
est déjà au maximum de sa vitesse et
les trajectoires optimisées. Des
modifications mécaniques seront
donc nécessaires.
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

L’initialisation
du
robot
est
conditionnelle, c’est-à-dire qu’il ne
démarre que s’il est dans une certaine
configuration. Il est possible qu’une
initialisation inconditionnelle soit
demandée.
D’autres
demandes
émaneront
probablement de la production.
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