Robot fabricant (2016, axe 2a)

Opération au titre de l’année : 2016
Titre : Système de production performant et durable, robot fabricant
Site(s) : LCFC
Porteur(s) : Jean-Yves Dantan (PR Arts et Métiers, LCFC)
Financement : 165 k€

Contexte et motivations

L’action «Système de Production Performant et durable» du CPER «Cyber entreprise» a pour ambition de conforter, fédérer et dynamiser les activités de recherche actuelles et pluridisciplinaires portant sur les systèmes de production. Les verrous scientifiques abordés sont liés à certains enjeux de la recherche visant notamment à développer les futurs systèmes de production dans les domaines des services et de l’industrie manufacturière

  • Développer les outils pour inventer, concevoir et organiser les systèmes de production
  • Produire en garantissant la sécurité et la santé au travail
  • Produire de façon éco-efficiente et responsable
  • Concevoir des fonctionnalités et des usages à haute valeur technologique plus que des produits matériels
  • Produire et distribuer dans les chaînes logistiques du plus près des marchés au monde entier

L’action s’inscrit à la fois dans le cadre de l’usine du futur, dans le cadre européen de l’agenda 2020 pour le projet «Factory of the Future» animé par l’EFFRA, et dans les conclusions de l’Atelier de Recherche Prospectif de l’ANR «FuturProd» (dont les 5 des experts lorrains sont partie prenante de ce sous-projet) et dont une grande partie des conclusions ont été reprises dans l’appel ANR 2014 «Stimuler le renouveau industriel» ; où on trouve les axes-clés suivants supports aux projets futurs:

  • Agilité des process : Stratégies de production des systèmes de fabrication pour s’adapter rapidement aux évolutions technologiques et du marché,
  • Centration sur l’humain et les usages : Fabrication centrée sur l’homme / Fabrication centrée sur le client.

Au niveau des équipements, cette action contribuera au développement d’une plateforme distribuée sur les différents sites lorrains en consolidant l’existant (plateformes des laboratoires CRAN, LCFC (VULCAIN), LCOMS, LGIPM et PERSEUS) et en garantissant une cohérence (sans doublon avec les investissements IRT) des équipements scientifiques, avec un objet d’étude commun : fédérer et développer une synergie dans les activités de recherche sur les systèmes de production. Il s’appuiera sur les centres techniques et de transfert (Institut de Soudure, Institut National de Recherche et de Sécurité, AIP PRIMECA Lorraine). Les laboratoires impliqués relèvent de différents établissements universitaires lorrains : Université de Lorraine, ENIM, ENSAM campus de Metz

Cette action se structure autour de 2 thèmes.

Thème 1. Conception de système de production : L’Homme et le robot au centre du système de production

Laboratoires universitaires : LCFC, PERSEUS, CRAN
Centres de ressources : INRS, IS, AIP PRIMECA

Ce thème vise à favoriser le développement d’approches multidisciplinaires permettant une meilleure prise en compte des liens entre les concepts et modèles, le système de production et son usage. Dans l’objectif d’optimiser la conception des systèmes de production,

  • l’analyse de l’activité des opérateurs et des interactions avec leur environnement doit permettre d’améliorer les conditions de travail, de réduire les risques humains et d’améliorer la productivité (PERSEUS, LCFC, INRS)
  • les robots doivent être plus collaboratifs avec l’opérateur et les machines environnantes. Ils doivent répondre à des applications plus diversifiées, s’intégrer ainsi de manière plus souple et plus efficace aux cycles de fabrication, et être «plug and produce» en se reconfigurant rapidement pour s’adapter à l’évolution des produits et des productions (le robot – l’acteur flexible des systèmes de production) (LCFC, IS).
Thème 2. Optimisation de l’exploitation des systèmes de production

Partenaires potentiels : CRAN, LGIPM, LCOMS, LCFC
Centres de ressources : AIP PRIMECA

Ce thème se focalise sur l’exploitation des systèmes de production afin :

  • de simuler, évaluer et optimiser la chaine logistique et la maintenance
    • de faire évoluer sa logistique en tenant compte des aspects maîtrise énergétique, maîtrise des risques, des rejets et des déchets.
    • de promouvoir une logistique durable par l’optimisation du transport intermodale et de la logistique inverse
    • de tenir compte de l’impact écologique des activités de maintenance appliquées aux systèmes de production et aux services pour développer de nouvelles politiques de maintenance optimales tenant compte simultanément des critères technico-économique et écologique.
    • de proposer des stratégies optimales de maintenance intégrées à la production tenant compte de différentes contraintes contextuelles (garantie, leasing, pièces de rechange, remanufacturing, recyclage, logistique, sous-traitance, dégradation environnementale…)
  • de surveiller et diagnostiquer
    • de prédire les défaillances, et donc de mettre en oeuvre des actions de maintenance prédictive, à partir de mesures simples soumises à des traitements statistiques.
    • d’anticiper les dérives du système de production.
    • d’extraire des règles de production et ainsi de qualifier les domaines de performances des procédés et des moyens du système de production.

Description de l’investissement réalisé

La plateforme financée par le CPER 2015-2020 est composée:

  • d’un robot poly-articulé 6 axes de forte capacité afin que celui-ci puisse accueillir l’application FSW. En effet, le soudage FSW requière des efforts élevés et il est nécessaire d’avoir des robots possédant une capacité de charge supérieure ou égale à 500kg. De même, ce robot doit posséder l’option «Force Control». Les premières études menées sur la robotisation du procédé FSW au début des années 2000 ont montré qu’il était impossible de souder avec un robot sans le «force control».
  • d’une torche et d’un poste MAG pour les développements du soudage à arc.
  • les systèmes de programmation hors ligne DELMIA et robot Studio pour la programmation hors ligne
  • d’un vireur pour la mise en position des pièces pour le soudage MAG
  • d’une table de soudage pour le soudage FSW. Les efforts appliqués sur les pièces lors du soudage FSW imposent de brider les pièces sur une table rigide.

Pour cet équipement, un appel d’offre a été réalisé en 2017. La commande d’un robot fabricant a été faite en 2017 et celui-ci a été livré en mi-décembre 2017.

CV du porteur de l’opération

Jean-Yves Dantan est professeur à «Arts et Métiers ParisTech Metz» depuis 2010. Il a soutenu sa thèse de doctorat à l’Université de Bordeaux en 2000, et son Habilitation à diriger des recherches à l’ENS Cachan en 2009. Ses travaux de recherche portent la conception intégrée des produits et processus, le tolérancement, la gestion de l’incertitude, et les CAPP (computer aided process planning). J.-Y. Dantan a publié plus d’une centaine d’articles et communications. Il est membre du CIRP depuis 2011. Il co-dirige depuis 2009 un groupe national de recherche sur le tolérancement. Il coordonne les masters pour le département «conception intégrée» d’Arts et Métiers ParisTech, et est directeur adjoint du LCFC.

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