Renault - Siemens

L’usine de Cléon
en chiffres
• Ouverture de l’usine :
1958
• Activité : Usinage
et Assemblage de boîtes
de vitesses et de moteurs
• Boîtes de vitesses :
Familles P (équipant haut
de gamme et véhicule
utilitaire), J (moyenne
gamme)
• Moteurs :
Familles F (F4 et F9),
G (G9 équipant haut
de gamme et véhicule
utilitaire) et M (2.0 dCi,
nouveau moteur de
l’Alliance accouplé à la
boîte de vitesses PK4).
• Superficie totale :
130 hectares (dont
40 hectares couverts)
Renault adopte le système homogène modulaire de Siemens
"Solutions for Powertrain TRANSLINE"... Tel est le nom du concept global d’automatisation
standardisée des lignes de fabrication de grande série, avec un nombre quelconque de machines
d’usinage. Ce concept développé par Siemens avec l’industrie automobile, est voué au suivi des
projets de mécanique (moteurs, boîtes de vitesse et liaisons au sol) mettant en jeu des cellules
flexibles d’usinage et de montage, ainsi que des machines transfert. Un concept qui s’appuie sur
la panoplie standard des produits d’automatisme de Siemens Industry Automation and Drive
Technologies : automates programmables SIMATIC S7, commandes numériques SINUMERIK,
entraînements SIMODRIVE, périphérie décentralisée ET 200, interfaces homme machine, réseaux
de communication (PROFIBUS DP et Industrial ETHERNET), systèmes d’identification automatique,
appareillage basse tension. TRANSLINE incorpore également le concept "Safety Integrated", c’està-dire des fonctions de sécurité intégrée, certifiées par le German Institute for Occupational
Health and Safety, en respect de la norme EN 954-1 Cat. 3.
La solution livrée par Siemens au constructeur d’automobiles est constituée de composants
standards éprouvés, et d’un nombre limité d’éléments et de développements personnalisés.
Concept global, TRANSLINE incorpore aussi l’ingénierie, la formation, la fourniture de pièces de
rechange. Cette démarche de standardisation est source de cohérence des logiciels et des
matériels, donc de réduction du coût de configuration et du temps d’ingénierie. Elle présente de
multiples autres avantages : réalisation plus rapide de solutions fiables, réduction du temps de
démarrage, formation plus efficace des opérateurs à moindre coût, diagnostics de panne et
maintenance accélérés, stock limité de pièces de rechange, plus grande évolutivité du système
d’automatisme, et finalement, un coût total moindre.
Le concept modulaire proposé par Siemens sous le nom de la Totally Integrated Automation (TIA)
et proposé dans le cadre de la démarche TRANSLINE incorpore un grand nombre de constituants
matériels et logiciels appartenant à une même famille homogène de produits d’automatisme
susceptibles d’être intégrés pour former un seul et unique système de production automatisée.
On y trouve notamment :
• Production :
- Cumul 1958-2006 :
80 millions d’organes
produits à fin mars 2006,
depuis la création du site
• La famille d’automates programmables SIMATIC S7-300 qui offre une puissance de traitement
évolutive graduellement. En cas de besoin, des extensions permettent de prendre en charge des
tâches de commande complexes.
- Production 2005 :
900 333 boîtes
de vitesses et
771 162 moteurs, soit
30% de la production
mécanique de Renault.
• Investissements :
- 250 M€ ont été investis
dans l’usine de Cléon,
pour la fabrication du
moteur M9R et 50 M€
pour la boîte de vitesses
PK4.
- 150 M€ par an au cours
des 10 dernières années
Stockage de vilebrequins
en cours de finition dans
un magasin d’en-cours.
Les composants standards préconisés par la démarche TRANSLINE
• Effectifs :
5 173 salariés dont
760 à l’Ingénierie
2 100 personnes
recrutées depuis 2000
- Cadences journalières :
3 300 moteurs et
3 800 boîtes par jour,
Ligne - transfert personnalisée
à la demande chez Renault
• Des réseaux de communication : Industrial ETHERNET qui met en jeu un vaste jeu d’instructions,
et le bus de terrain PROFIBUS DP qui offre de multiples options pour optimiser les échanges des
données du procédé.
• Des pupitres opérateurs pourvus d’écrans de 7,5 à 15 pouces complètent le système d’automatisme.
• Le PC industriel robuste SINUMERIK PCU50 garantit flexibilité et performances, même dans des
environnements sévères des ateliers (figure 2).
• Avec "TRANSLINE HMI", Siemens a réalisé une interface logicielle standard, mais adaptable grâce
à de nombreuses options, autorisant la supervision par l’opérateur des fonctions d’automatisme.
Toutes les vues sont conçues de façon à ce que l’utilisation soit simple et sûre, même sans
formation spéciale. Comme cette interface opérateur est installée sur toutes les machines d’une
même ligne de production, elles peuvent toutes être pilotées de manière similaire : le taux d’erreur
est ainsi réduit.
Moteur M9
• Modulaire, le système de commande autorise aussi le raccordement de produits périphériques
intelligents tels que systèmes de mesure, de diagnostic, de gestion des données.
En s’appuyant sur cette démarche d’accompagnement proposée par Siemens aux constructeurs
d’automobiles, Renault a configuré une solution personnalisée constituée de la commande
numérique SINUMERIK 840D chargée de piloter des machines de production et des équipements
de manutention très différents. La nouvelle version de cette commande, la SINUMERIK 840D sl (pour
"solution line") s’y trouve intégrée.
Renault
www.siemens.fr/automation
[email protected]
www.siemens.fr/automation
Ligne flexible et hautement automatisée
de production de moteurs à la demande
Depuis 1997, Renault déploie pour l’industrie automobile, un
concept d’automatisation homogène basé sur des fonctions
modulaires et mis en œuvre pour la production de moteurs
et de boîtes de vitesses. Dans le cadre de l’Alliance RenaultNissan, ce concept est exploité à Cléon, sur deux lignes d’usinage de carters et de vilebrequins du nouveau moteur diesel M9R. Deux lignes comptant quelques 160 machines-outils
à commande numérique SINUMERIK. L’installation permet
aujourd’hui de produire 12 500 moteurs par semaine.
Fort de son excellence reconnue dans le domaine des motorisations diesel, Renault a développé le moteur 2.0 dCi (M9R) et la boîte
de vitesses à 6 rapports (PK4) qui équipent les modèles Mégane,
Laguna 3, Espace, QM5/Koleos, Trafic et Vel Satis. Ces deux organes ont été développés avec Nissan dans le cadre de l’Alliance
entre les deux constructeurs. L’usine Renault de Cléon (Normandie,
France) a bénéficié d’un total de 308 M€ d’investissements industriels pour la production de ce groupe motopropulseur.
Cet investissement répond à trois objectifs : fabriquer un moteur,
dont Renault veut faire une référence sur le marché, assurer le meilleur niveau de qualité et de fiabilité pour la satisfaction des clients,
déployer un procédé de fabrication qui intègre un niveau d’exigence
maximal sur les conditions de sécurité et d’ergonomie des opérateurs, et le respect de l’environnement.
L’usine de Cléon produit près de 770 000 moteurs et 900 000 boîtes de vitesses par an. Une innovation majeure est associée au
lancement du moteur M9R : l’introduction de la fabrication à la
commande. La production de chaque moteur est lancée en réponse
à la commande d’un client. Ce système de production constitue
à l’évidence un atout considérable pour la gestion des stocks
puisqu’il permet de ne commander que les pièces dont l’usine
aura besoin avec certitude dans les 6 prochains jours.
Un nouvel atelier, entièrement dédié à la production de ce moteur
a été construit sur le site de Cléon. Sur les dix lignes qui le composent, quatre ont été créées de toutes pièces, pour l’usinage du
vilebrequin et du carter cylindre, pour l’assemblage et les bancs
d’essai. Trois autres lignes, usinage des culasses, des arbres à
cames et des bielles, sont des évolutions de lignes existantes. La
production du moteur M9R bénéficie ainsi des investissements réalisés ces dernières années à Cléon pour y créer des lignes flexibles.
Parmi les quatre lignes nouvellement créées, une ligne
d’assemblage entièrement neuve est dédiée au moteur M9R.
D’une surface au sol de 6 800 m2, elle représente une longueur
totale de 1,2 km. Son niveau d’automatisation est élevé avec
51 postes automatiques et 30 postes semi-automatiques sur un
Les carters du moteur diesel 2,0 l dCi
sont fabriqués sur une ligne constituée
essentiellement de centres d’usinage
et de lignes - transfert de la firme Grob.
total de 144 postes. Ainsi le vissage est électrique à 100%, la
dépose du joint de silicone et le contrôle d’étanchéité du moteur
sont entièrement automatisés.
La solution TRANSLINE adoptée par Renault
Les usines de mécanique de Renault assurent en général la
production des 5 pièces stratégiques qui composent un moteur :
culasse, arbres à cames, vilebrequin, carter cylindres et bielles sur des
lignes d’usinage à fort degré d’automatisation, capables de produire
jusqu’à 15 000pièces par semaine. Cette production en série extrêmement performante a recours à des technologies de pointe (Figure 8).
Ainsi en est-il des lignes de production constituées de centres d’usinage
à commande numérique SINUMERIK et de lignes transfert, ainsi que
tours, rectifieuses, machines de contrôle, machines à laver... en association avec les équipements de manutention automatisés par des
automates SIMATIC : robots, portiques, postes de transfert, magasins
intermédiaires, etc. De telles installations hautement automatisées
requièrent de fortes compétences techniques. Elles sont conduites par
un personnel réduit qui assure en permanence la fiabilité des machines afin de garantir une qualité des pièces dont la précision se mesure
en microns : des équipes de moins de dix personnes sont suffisantes
pour exploiter et maintenir une ligne complète de production.
À l’évidence, la mise en œuvre de systèmes d’automatisme
hétéroclites, associant postes de commande, pupitres opérateurs,
protocoles de communication de différentes sources... conduirait rapidement à un désastre dans ce réseau d’automatisme.
“C’est pourquoi, souligne Nicolas Barbier, responsable des automatismes pour les lignes d’usinage, Renault a décidé en 1997
d’opter pour un partenaire unique pour ses automatismes :
Siemens”. C’est l’offre "Solutions for Powertrain TRANSLINE" qui a
en effet été choisie par Renault en raison des nombreuses fonctions et prestations couvertes pour garantir la sécurité, la performance et la disponibilité des lignes de fabrication.
sins de stockage) est une fourniture de la société Cinetic ETFA
Linking (Héricourt), tandis que les machines d’usinage d’ébauche
ont été livrées par Comau.
L’automatisation des systèmes est assurée par la commande numérique modulaire SINUMERIK 840D Powerline. C’est une commande
ouverte et modulaire qui maîtrise presque tous les types d’usinages.
La flexibilité des lignes pilotées par les commandes numériques
SINUMERIK rend possible l’usinage de différents moteurs sur la
même ligne, sans modification notable de sa configuration mécanique. Il suffit en effet de changer les programmes, ainsi que les
palettes de transport des pièces usinées.
Il était par ailleurs particulièrement important que l’installation
de manutention soit dotée de fonctions qui ne sont en général
disponibles qu’avec les commandes spéciales de robot : apprentissage, transformation de coordonnées, pupitre portable multifonctionnel, interfaces opérateur spéciales.
Pour toutes les fonctions d’automatisme, notamment celles des
postes de lavage, Renault a fait le choix de l’automate SIMATIC S7-300,
associé à des pupitres opérateur SINUMERIK OP 012/PCU50 et
SIMATIC OP 270, des pupitres multifonctions MP 370, ainsi que
des Push Button Panels (figure 3 et figure 5).
Notons également que les machines-outils sont d’autre part équipées de variateurs de vitesses SIMODRIVE 611D. De son côté,
Grob a intégré les servomoteurs 1FT6 et 1FK7 de Siemens dans
ses machines d’usinage.
Les installations automatisées sont mises en réseau sur
PROFIBUS DP et le réseau de terrain AS-i.
La fonction Safety Integrated est vitale dans cette usine Cléon.
“La prévention des accidents est prioritaire chez Renault. C’est
pourquoi nous ne remettrons nullement en cause le choix des
fonctions Safety Integrated de Siemens”, insiste Nicolas Barbier.
Pour l’acquisition des données d’exploitation et leur sauvegarde,
toutes les machines de production sont raccordées via Ethernet
à un système d’information central, auquel toute personne
autorisée au sein du groupe Renault a accès pour optimiser les installations ou planifier de nouveaux équipements.
Pour sa ligne de production de carters de Cléon, Renault a mis en
œuvre des machines d’usinage et des systèmes de manutention
de la société allemande Grob (Mindelheim). Quinze centres d’usinage (à 2 broches et 5 axes) y sont implantés, ainsi que douze lignes
de transfert. La manutention est assurée en grande partie par des
portiques, ainsi que par des robots isolés.
À l’issue de l’installation des moyens de production automatisée,
en particulier de la ligne d’usinage des carters, les machines à
commandes numériques ont fait l’objet d’une optimisation dans
le cadre d’un partenariat entre Siemens, Grob et Renault, l’objectif
étant de garantir des performances optimales et une longue durée
de vie des machines. Cette optimisation tripartite visait notamment
à réduire les vibrations transmises à la structure mécanique, donc
de ralentir la fatigue des composants, de réduire les temps d’arrêt et les coûts de réparation.
La ligne d’usinage des vilebrequins met quant à elle à l’ouvrage
un parc plus hétérogène de moyens de production : “le processus
exige en effet une multitude de machines qui ne sont pas disponibles auprès d’un seul et même constructeur”, explique Nicolas
Barbier. La manutention (robots, portiques, convoyeurs et maga-
En finale, la démarche TRANSLINE de Siemens s’avère intéressante.
Nicolas Barbier admet en effet sans ambiguïté que “TRANSLINE est
en application depuis 1997 chez Renault : je peux affirmer
aujourd’hui que le bilan est positif. Nous avons eu raison d’opter
en sa faveur”.
L’usinage piloté par SINUMERIK 840D Powerline
Les commandes de la ligne de production étant
toutes livrées par Siemens, il a été possible
de réduire les besoins en formation, le taux
d’erreur et... les coûts. Sur l’image : la commande
numérique SINUMERIK 840D powerline.
Alain Rolland (responsable automatismes
ligne carter cylindre M9) sur une SIMATIC S7-300
chez Renault : toutes les commandes des
deux lignes de production sont équipées
d’une interface opérateur uniforme.
Système modulaire flexible réalisé avec les modules de fonction
Solutions for Powertrain-TRANSLINE de Siemens.
Ici, une configuration possible.
Carters finis et palettisés pour le transport
Visite de l’usine de Cléon (de gauche à droite) : Jérôme Le Bris de
Siemens France, Alain Rolland (responsable automatismes ligne carter
cylindre M9) et Nicolas Barbier (responsable automatismes usinage)
de Renault et Robert Scholz de Siemens Allemagne.
Le moteur diesel 2,0 litres
Avec le moteur 2,0 dCi, les ingénieurs de Renault ont créé
le moteur diesel le plus performant de sa catégorie. Ce
moteur de 110 kW (150 ch) ou 127 kW (173 ch) avec un
couple maximal de 360 Nm développe non seulement une
puissance remarquable, mais se distingue aussi par sa faible
consommation, son fonctionnement très silencieux et son
très faible niveau d’émission.
Le moteur est destiné aux véhicules de l’Alliance Renault
Nissan. Il équipe notamment les Nouvelle Laguna, Nouvelle
Mégane, Scénic, Nouvel Espace, Vel Satis et Trafic.
Vilebrequins bruts avant le premier usinage
Production hautement automatisée
du nouveau moteur diesel 2,0 L dCi.