Brevet FR3007310A1 — publié le 20141226

UNITE DE PRODUCTION DE PRODUITS MANUFACTURES COMPRENANT UN MAGASIN AUTOMATIQUE APTE A ÊTRE ASSOCIE A L'EXECUTION DE TACHES D'UN PROCESSUS DE FABRICATION. Domaine technique. La présente invention est du domaine des matériels et des techniques utilisés pour la fabrication de produits manufacturés et comprend une unité de fabrication comprenant plusieurs postes de fabrication et un magasin automatisé apte au stockage des produits de base et autres matières premières ainsi qu'au stockage des produits manufacturés, ledit magasin étant une composante de l'unité de production. État de la technique antérieure. Les magasins automatisés connus de l'état de la technique comprennent des rayonnages agencés en rangées parallèles et définissant des cellules de stockage identifiées par un système informatique. Ces rayonnages s'étendent aussi bien en hauteur qu'en longueur et les cellules de stockage sont définies par des emplacements occupés par des tiroirs de stockage des objets. Les coordonnées de chaque cellule d'une même rangée peuvent être ainsi définies par une altitude par rapport au sol et par une distance à partir d'une origine associée à la rangée correspondante. Les rayonnages sont disposés par paires, dos-à-dos, et chaque paire forme une rangée. Ces différentes rangées sont régulièrement écartées les unes des autres afin de définir des couloirs de circulation de robots manipulateurs commandés à distance par le système informatique. Ces robots manipulateurs comprennent un bras de préhension déplaçable selon les trois axes de l'espace pour être amené face à une cellule soit pour y déposer un objet à stocker soit pour le prélever. Ces objets peuvent être des éléments palettisés. Exposé de l'invention. Problème technique. Les magasins connus n'ont de fonction que celle de stockage et ne sont pas conçus pour être intégrés dans un processus de fabrication. En effet, un processus dans lequel l'exécution d'un ordre de production impose un passage sur différents postes de travail ne peut fonctionner correctement que si on intègre entre chaque poste une zone tampon. Une zone tampon permet d'assurer une autonomie à chaque poste de travail, permet de gérer l'ordre de passage des ordres de production sur chaque poste en fonction des priorités et permet d'éviter le blocage de la production en cas de défaillance ou indisponibilité de l'un des postes de travail. De manière classique, ces zones tampon sont formées par des convoyeurs de manutention, des convoyeurs de stockage temporaire et un réseau d'aiguillage. Un tel état de la technique peut être illustré par la figure 1 qui montre un magasin automatisé comprenant plusieurs rangées de rayonnage espacées les unes des autres pour définir des couloirs de circulation de robots manipulateurs aptes à prélever des objets en l'occurrence des cuves, dans des cellules des rayonnages et les déposer sur des tapis convoyeur disposés entre le magasin et des postes de travail. On peut voir sur cette figure que chaque couloir de circulation débouche sur un convoyeur horizontal associé à un poste de travail. Ce poste de travail comprend essentiellement deux tapis sans fin en relation de communication avec le 15 convoyeur. De telles dispositions présentent un certain nombre d'inconvénients. D'une part les robots manipulateurs ne peuvent se déplacer que dans le couloir associé et ne peuvent être amenés vers un autre couloir de circulation. De plus les postes de travail sont associés à un convoyeur commun pour leur 20 alimentation ou l'évacuation des produits manufacturés. Une telle disposition implique l'établissement de priorités pour l'alimentation des postes de travail et est de nature à ralentir la production. Solution technique. La présente invention a pour objet de pallier les inconvénients 25 précédemment évoqués. À cet effet l'unité de production de produits manufacturés, comprenant un magasin d'objets sous forme de matières premières ou de composants de base et au moins un poste de travail à proximité du magasin, ledit magasin comprenant des emplacements de stockage des objets et au moins un robot 30 manipulateur apte à prélever un objet dans l'un des emplacements de stockage afin qu'il soit transporté vers un poste de travail, se caractérise essentiellement en ce que le magasin est formé d'au moins une aire de stockage des objets, comprenant plusieurs emplacements de stockage des objets formés sur le sol de ladite aire, que le robot manipulateur est apte à évoluer au-dessus de l'aire de stockage ou d'une partie de cette dernière en vue du transport d'objets entre au moins un poste de travail et ladite aire de stockage ou la partie de ladite aire de stockage et réciproquement et que le ou chaque poste de travail est disposé de manière attenante à la dite aire. Bref exposé des figures et des dessins. D'autres avantages, buts et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'une forme préférée de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif en se référant aux dessins annexés en lesquels : -la figure 2a est une vue de coté d'unité de production selon l'invention, - la figure 2b est une vue de dessus d'une unité de production selon l'invention, - la figure 2c est une vue de face d'une unité de production selon l'invention, - la figure 3 est une vue de face d'un magasin comprenant plusieurs aires de stockage superposées, - la figure 4 est une vue en perspective d'une tête de préhension, - la figure 5 est une vue en écorché d'une tête de préhension. Meilleure manière de réaliser l'invention. Telle que représentée, l'unité de production de produits manufacturés comprend un magasin 1 d'objets sous forme de matières premières ou de composants de base et au moins un poste de travail T disposé de manière attenante au magasin. Additionnellement l'unité de production comprend une unité de traitement et de commande 3 apte notamment à piloter le robot manipulateur. Le magasin 1 comprenant des emplacements 11 de stockage des objets et au moins un robot manipulateur 2 apte à prélever un objet dans l'un des emplacements de stockage afin qu'il soit transporté vers un poste de travail T. Réciproquement, le robot manipulateur 2 est apte à prélever les objets au niveau de chaque poste de travail pour notamment les transporter vers l'un des emplacements de stockage. Conformément à l'invention, le magasin 1 est formé d'au moins une aire 10 de stockage des objets, comprenant plusieurs emplacements 11 de stockage des objets formés sur le sol de ladite aire, et le robot manipulateur 2 est apte à évoluer au-dessus de l'aire de stockage ou d'une partie de cette dernière en vue du transport d'objets entre au moins un poste de travail et ladite aire de stockage ou la partie de ladite aire de stockage et réciproquement. Comme on peut le voir sur les figures jointes, l'aire de stockage 10 est plane et horizontale et peut être constituée par un sol cimenté ou par un plancher surélevé du genre caillebotis par exemple. Le magasin comprend en outre une ossature porteuse métallique, formée de montants verticaux 12 correctement entretoisés. Ces montants 12 portent à distance du sol deux rails de guidage horizontaux 13, parallèles, prévus pour recevoir le robot manipulateur 2. 10 Ce robot manipulateur est mobile le long des rails de guidage ou seulement sur une fraction de la longueur de ces derniers. Selon une forme préférée de réalisation, ce robot manipulateur comprend un support horizontal motorisé 20 monté de manière mobile sur les deux rails et d'un chariot motorisé 21 monté de manière mobile sur le support horizontal 20. 15 Le support horizontal est formé de deux longerons parallèles 200, horizontaux, perpendiculaires à la direction générale des rails de guidage 13. Ces longerons 200 sont réunis rigidement en extrémités par des traverses d'entretoisement. Ce support horizontal est doté de galets de roulement par lesquels il prend appui sur les rails de guidage. L'un au moins de ces galets est 20 accouplé à un organe moteur par exemple du type pas à pas afin de contrôler le déplacement et la position du support le long des rails 13. Le chariot motorisé 21 est monté de manière mobile sur et le long des deux longerons 200. Ce chariot est doté de galets de roulement par lesquels il prend appui sur les longerons 200, ces derniers étant agencés en rail de 25 guidage. L'un au moins des galets de roulement est accouplé à un organe moteur du type pas à pas par exemple afin de contrôler le déplacement et la position du chariot le long des longerons 200. Le chariot 21 porte une tête de préhension 22, mobile de bas en haut et réciproquement sous l'effet de l'action d'un organe moteur. 30 La tête de préhension 22 comprend un préhenseur comprenant deux griffes de préhension 220 opposées, deux bras support 221 verticaux portant respectivement, en extrémité inférieure, les deux griffes de préhension, et un mécanisme moteur d'actionnement des deux bras support en éloignement ou rapprochement l'un de l'autre. Le robot manipulateur 2 sous la commande de l'unité de traitement 3 peut ainsi être amené d'abord au-dessus d'un emplacement de stockage pour y prélever un objet et ensuite transporter cet objet vers un poste de travail. Inversement après traitement, l'objet pourra être prélevé par le robot sur le poste de travail et transporter vers un emplacement de stockage temporaire. Selon la forme préférée de réalisation, chaque griffe 220 se présente sous la forme d'une paroi plane horizontale fixée par une de ses bordures au bras support 221 correspondant, la bordure opposée de la griffe de préhension présentant par exemple une échancrure de dégagement. Les griffes par leur bordure échancrée sont tournées l'une vers l'autre. Toujours selon la forme préférée de réalisation, le mécanisme moteur d'actionnement des deux bras 221 en éloignement ou rapprochement l'un de l'autre, comprend un organe moteur 223 possédant un arbre de sortie rotatif accouplé à une vis horizontale d'actionnement 224, fixe en translation, comprenant deux zones filetées opposées, dont une possède un pas à droite et l'autre un pas à gauche. Chaque zone filetée reçoit une douille filetée 225, fixe en rotation, les deux bras support 221 étant porté pour l'un par l'une des douilles 225 et pour l'autre par l'autre douille filetée. Comme on peut le voir les deux bras s'étendant vers le bas depuis les douilles filetées. L'organe moteur 223 sera constitué par exemple par un moteur pas à pas. Avantageusement, le préhenseur est porté en extrémité inférieure d'un support télescopique 227 que présente la tête de préhension 22, ce support étant déployable et rétractable verticalement sous l'effet de l'action d'un moyen moteur 228 piloté par l'unité de traitement 3. Comme on peut le voir, le support télescopique 227 comprend un élément tubulaire inférieur 227a, contenu, de section droite polygonale, portant le préhenseur et un élément tubulaire supérieur 227b contenant, de section droite polygonale, recevant en coulissement l'élément contenu. Une telle disposition de section droite polygonale s'oppose efficacement à la rotation de l'élément tubulaire inférieur par rapport à l'élément tubulaire supérieur. Le moyen moteur 228 agit sur l'élément tubulaire inférieur 227a pour le déplacer verticalement dans l'élément tubulaire supérieur 227b soit dans le sens de la rétraction c'est-à-dire vers le haut soit dans le sens du déploiement c'est-à-dire vers le bas. Selon une forme préférée de réalisation, le moyen moteur 228 est constitué par un moteur électrique 228a monté en fixation en extrémité supérieure de l'élément tubulaire supérieur 227b. Ce moteur 228a comporte un arbre de sortie rotatif sur lequel est calée une poulie lisse 228b sur la jante de laquelle s'enroule une courroie 228c dont l'extrémité inférieure est enserrée entre les mâchoires d'un système de pince 228d fixé à une traverse horizontale 228e interne à l'élément tubulaire inférieur 227a et fixée en partie supérieure de ce dernier. Alternativement, le moyen moteur 228 pourra être constitué par un vérin de tout type connu. Le moteur d'actionnement 223 de la vis, ladite vis 224 et les douilles filetées 225 sont montées dans l'élément tubulaire inférieur et cet élément tubulaire comprend en partie inférieure une paroi horizontale d'obturation comprenant deux lumières longitudinales de passage des deux bras support, la partie inférieure de chaque bras et les griffes de préhension étant externes à l'élément tubulaire inférieur. Cette disposition de lumière assure l'immobilisation du bras en rotation par rapport à la vis et par voie de conséquence l'immobilisation des douilles filetées en rotation. Cette plaque d'obturation reçoit dans le volume de l'élément inférieur un support auquel est fixé le moteur d'actionnement 223. Comme on peut le voir l'arbre de sortie du moteur est accouplé par l'intermédiaire d'une transmission à pignons dentés à la vis 223, cette dernière par ses extrémités lisses étant engagée dans deux paliers d'extrémité fixés à l'élément inférieur. Dans la forme préférée de réalisation, l'élément inférieur est équipé dans son volume interne de colonnes verticales de guidage avec lesquelles coopère en guidage des galets de roulement montés dans des chapes fixées à l'élément tubulaire supérieur. En variante selon une autre disposition de l'invention, le magasin de l'unité de fabrication comprend plusieurs aires de stockage supportées par l'ossature support, lesdites aires de stockage comprenant chacune leur propre robot manipulateur. De plus un passeur vertical, connu en soi, est disposé d'une aire de stockage à l'autre. Ce passeur pourra être constitué par un dispositif monte charge piloté par l'unité centrale. L'unité de commande 3 pilote les différents moteurs du robot en fonction d'ordres reçus. Cette unité de commande est apte à gérer en automatique le stockage et la mise à disposition à différents postes de travail, d'assemblage ou de contrôle un sous-ensemble de pièces ou des pièces devant rejoindre un sous-ensemble dans le but d'organiser un processus de production. L'unité de commande 3 est également apte à piloter les opérations effectuées sur les différents postes, mais également de suivre et tracer leur exécution, le temps de réalisation de chacune et leur statut (à faire, en cours, terminé). Outre les systèmes de reconnaissance classique tels que codes barres et puces RFID, le ou chaque robot manipulateur peut être équipé de systèmes de pesée permettant la reconnaissance des pièces et sous-ensembles ou le contrôle de l'exécution des différentes taches du processus grâce à la gestion et au suivi de leur poids. De plus, il devient maintenant possible d'effectuer la saisie et la pesée automatisée d'une pièce devant subir des modifications telles que par exemple l'application d'un revêtement spécial, d'une peinture, ou un assemblage à une autre pièce ou à un sous-ensemble et dont la qualité de l'exécution peut être contrôlée au travers de la variation du poids de celle-ci ou du sous- ensemble. Le système de pesée est connecté électriquement à l'unité de traitement 3. Ce système peut être associé à chaque bras 221 ou à chaque palette 220 et être constitué par un jeu de pesons, connus en soi, ou par un jeu de jauges de contraintes, connues en soi. Un exemple d'application de l'invention est l'organisation et la gestion de la production de compositions de matières premières (industrie de la parfumerie et des arômes par exemple). Ainsi l'unité de traitement 3 et de commande gèrera de façon automatique : -le stockage de pots vides et propres en attente de recevoir une composition, 30 -la mise à disposition de contenants en entrée de machines de composition, -la récupération de contenants en sortie de machine de production, -La mise en quarantaine de contenants suivant des critères définis, -la mise à dispositions de contenants de postes de pesée manuelle pour complément, -le positionnement de contenant sur un poste d'agitation pour une durée déterminée, -le positionnement de contenants sur un poste de chauffe ou refroidissement, 5 -la mise à disposition d'un poste dit de regroupement de plusieurs contenants devant être rassemblés, -la mise à disposition de contenants de postes de contrôle tels que colorimétrie ou chromatographie, -la mise à disposition automatique ou sur appel des contenants dont la 10 production est terminée. Avantages de l'invention. Les avantages de ce système sont les suivants : Les postes de travail sont alimentés de façon organisée et coordonnée suivant leur fonction et leur disponibilité. Un des grands avantages de ce mode 15 de fonctionnement est que la production ne se fait jamais en ligne (problématique en cas d'indisponibilité d'une des ressources), le stockage faisant office de tampon entre les ressources en plus d'apporter à chacun de l'autonomie. Les magasins classiques organisés sur le principe de racks verticaux 20 espacés d'allées de circulation des robots. Le magasin tel que décrit optimise sensiblement la surface au sol disponible puisqu'il ne nécessite pas de réserver une partie importante de celle-ci à la circulation des robots (les robots circulent au dessus des éléments stockés). La capacité de stockage peut être sensiblement augmentée par la 25 superposition et/ou la juxtaposition de plusieurs magasins tels que décrits. Les robots se caractérisent par leur système de manutention permettant la manipulation de pièces unitaires, palettes, caisses, ou cuves de dimensions et formes variées. Le fonctionnement trois axes des robots offre une grande modularité dans 30 l'organisation du système. Les robots peuvent ainsi déposer ou récupérer à une infinité de positions et de hauteurs des éléments dont ils ont la responsabilité. Un poste de travail peut être ajouté ou supprimé sans aucune modification mécanique (ajout ou suppression de convoyeur, modification des rails de roulement des robots dans le cadre d'un magasin automatique classique) mais simplement en renseignant le système d'une nouvelle adresse à desservir. Les postes de travail sont positionnés autour du magasin. Les fonctions de stockage, de manutention et mise à disposition ou récupération des ordres de production sur les postes de travail, de gestion de priorité et de zone tampon sont ainsi assurées sans qu'aucun système de convoyage ni d'aiguillage complexe ne soit nécessaire. Il va de soi que la présente invention peut recevoir tous aménagements et variantes du domaine des équivalents techniques sans pour autant sortir du cadre du présent brevet tel que défini par les revendications ci-après. REVENDICATIONS1/ Unité de production de produits manufacturés, comprenant un magasin 1 d'objets sous forme de matières premières ou de composants de base et au moins un poste de travail à proximité du magasin, ledit magasin comprenant des 5 emplacements de stockage des objets et au moins un robot manipulateur apte à prélever un objet dans l'un des emplacements de stockage afin qu'il soit transporté vers un poste de travail, caractérisée en ce que le magasin 1 est formé d'au moins une aire 10 de stockage des objets, comprenant plusieurs emplacements de stockage des objets formés sur le sol de ladite aire, que le 10 robot manipulateur 2 est apte à évoluer au-dessus de l'aire de stockage ou d'une partie de cette dernière en vue du transport d'objets entre au moins un poste de travail T et ladite aire de stockage 10 ou la partie de ladite aire de stockage et réciproquement et que le ou chaque poste de travail T est disposé de manière attenante à la dite aire. 15 2/ Unité de production selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la ou chaque aire de stockage 10 est plane et horizontale. 3/ Unité de production selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que le robot manipulateur 2 est monté de manière mobile sur deux rails horizontaux 13 installés fixement au-dessus et à distance de l'aire de 20 stockage et au-dessus de deux côtés de ladite aire, et que ce robot manipulateur 2 comprend un support horizontal 20 motorisé monté de manière mobile sur les deux rails 13, ledit support horizontal étant formé de deux longerons 200 perpendiculaires à la direction des rails de guidage 13 et de deux traverses d'extrémité, ledit robot comprenant de plus un chariot motorisé 21 monté de 25 manière mobile sur et le long des deux longerons 200 du support horizontal motorisé, ledit chariot portant une tête de préhension 22 mobile de bas en haut et réciproquement. 4/ Unité de production selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la tête de préhension 22 comprend un préhenseur comprenant deux 30 griffes de préhension opposées 220, deux bras support 221 verticaux, portant respectivement, en extrémité inférieure, les deux griffes de préhension 220, et un mécanisme moteur d'actionnement des deux bras support en éloignement ou rapprochement l'un de l'autre.5/ Unité de production selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le mécanisme moteur d'actionnement comprend un organe moteur 223 possédant un arbre de sortie rotatif accouplé à une vis horizontale 224 d'actionnement, fixe en translation, comprenant deux zones filetées opposées, dont une possède un pas à droite et l'autre un pas à gauche, chaque zone filetée recevant une douille filetée 225, fixe en rotation, les deux bras support 221 étant porté pour l'un par l'une des douilles 225 et pour l'autre par l'autre douille filetée et les dits bras s'étendant vers le bas depuis les douilles filetées. 6/ Unité de production, selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisée en ce que chaque griffe 220 se présente sous la forme d'une paroi plane horizontale fixée par une de ses bordures au bras support correspondant, la bordure opposée de la griffe de préhension présentant une échancrure de dégagement. 7/ Unité de production selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 caractérisée en ce que le préhenseur de la tête de préhension est porté en extrémité inférieure d'un support télescopique de la tête de préhension, ledit support étant déployable et rétractable verticalement sous l'effet de l'action d'un moyen moteur. 8/ Unité de production selon la revendication précédente, caractérisée en 20 ce que le support télescopique comprend un élément tubulaire inférieur, contenu, de section droite polygonale et un élément tubulaire supérieur contenant, de section droite polygonale, recevant en coulissement l'élément contenu. 9/ Unité de production selon la revendication précédente, caractérisée en 25 ce que le moteur d'actionnement de la vis, ladite vis et les douilles filetées sont montées dans l'élément tubulaire inférieur et que ledit élément tubulaire comprend en partie inférieure une paroi horizontale d'obturation comprenant deux lumières longitudinales de passage des deux bras support, la partie inférieure de chaque bras et les griffes de préhension étant externes à l'élément 30 tubulaire inférieur. 10/ Unité de production selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle présente une ossature support et plusieurs aires de stockage supportées par l'ossature support, lesdites aires destockage comprenant leur propre robot manipulateur, un passeur vertical étant disposé d'une aire à l'autre.