Brevet FR3062492A1 — publié le 20180803

Procédé de réduction de temps de cycles d'une ligne automatisée de soudage et installation de soudage correspondante L'invention concerne un procédé de réduction de temps de cycles d'une ligne automatisée de soudage. Elle concerne plus particulièrement l'industrie automobile. La gestion de la répartition de la charge de travail des postes d'une ligne de production et la réduction des temps de cycle des lignes de production et d'assemblage est une problématique récurrente dans l'industrie automobile. La fabrication de véhicules automobiles fait appel à des processus de soudage automatisés. L'optimisation de la ligne de soudage, en temps de passage des véhicules sur la ligne de soudage notamment, est grandement compliquée par certaines caractéristiques propres à ces processus de fabrication. Parmi ces caractéristiques, on note l'accessibilité du robot de soudage aux zones à souder, la localisation des points de soudure sur le véhicule, les temps de déplacement du robot d'un point à souder à un autre, et les interférences entre les robots regroupés sur un même poste de la ligne de production, deux robots pouvant entrer en collision ou interférer entre eux dans la zone de travail située sur le véhicule. De plus, il convient également d'éviter les goulots d'étranglement qui pourraient se former à certains postes. On pourra à cet égard se référer aux figures 1 à 4. La figure 1 illustre des zones d'accessibilité d'un véhicule automobile V selon les caractéristiques propres à un robot R et la figure 2 illustre différentes configurations d'un robot pour accéder à une même zone du véhicule. Les figures 3a et 3b illustrent deux risques d'interférence entre deux robots R. La figure 3a illustre le risque de collision entre deux robots R sur un même poste, qui opère dans deux zones distinctes et la figure 3b illustre le risque d'interférence spatiale entre deux robots R d'un même poste qui opère dans une même zone. 3062492 2 La figure 4 illustre les points de soudure sur un véhicule, l'accessibilité à ces points et les zones adjacentes. L'optimisation de la ligne de soudage offre également à travers une gestion efficiente des moyens de production, un potentiel d'amélioration de la qualité. 5 Dans le but de réduire le temps de passage des véhicules sur la ligne de production, on cherche à optimiser la distribution des points de soudure du véhicule parmi les robots, la séquence de soudage des robots et les déplacements des robots et supprimer les goulots d'étranglement risquant de se former à certains postes. 10 A ce jour, la réduction des temps de cycle d'une ligne de soudure automatisée est fondée sur une pratique empirique. Selon cette pratique, les points de soudure sont placés par du personnel expérimenté et sont par la suite modifiés selon les problèmes détectés. La modification de l'allocation des points de soudure dépend entre 15 autre du temps de cycle du robot concerné, des possibles interférences entre les robots d'un même poste, de la formation de goulots d' étranglement à certains postes. Cette méthode présente l'inconvénient de reposer sur une configuration existante de points définie par du personnel expérimenté. Déplacer les points initiaux de 20 soudure n'est pas toujours aisé et l'on n'est pas certain d'atteindre la disposition optimale des points de soudure pour atteindre l'objectif fixé. Les documents GB9815075 et GB9009493 proposent de corriger les séquences de soudure et de déplacement des robots 25 initialement définies suivant les déviations constatées entre le résultat réel et le résultat souhaité. Cette méthode présente l'inconvénient de reposer sur des séquences initialement définies. Elle ne permet pas de définir des séquences initiales optimisées en termes de temps de cycles. 30 On pourra également se référer au document GB9219338 qui propose de générer à partir de procédures en ligne (« on-line ») et hors ligne (« off-line ») des données d'apprentissage pour les robots. Cette méthode permet d'améliorer la précision d'exécution des tâches confiées aux robots. Cependant elle ne permet pas de définir la 3062492 3 configuration optimale des séquences de soudure et de déplacement du robot. Le document GB9114618 présente une méthode permettant d'automatiser le transfert des instructions transmises aux différents 5 postes de la ligne de production. Cette méthode ne permet pas d'optimiser les instructions. Le document W09205012 traite du pilotage automatique des robots en fonction de la pièce à façonner. Les instructions sont déterminées en fonction des séquences de tâches à exécuter. La gestion 10 des postes de travail de la ligne est prédéterminée. Le document JPH042449 traite d'une méthode de surveillance d'une ligne de production. Bien que permettant d'améliorer les séquences de travail d'un robot, ces méthodes ne garantissent pas d'atteindre un processus de 15 production optimale et nécessitent une définition prédéterminée des points de soudure et des procédures de soudure. Le but de l'invention est donc de pallier ces inconvénients. Au vu de ce qui précède, l'invention propose un procédé de réduction de temps de cycles d'une ligne automatisée de soudage 20 comportant plusieurs postes de soudage comprenant chacun un ou plusieurs robots, dans lequel on détermine des séquences de soudage et des séquences de mouvement de chaque robot, les séquences de soudage comprenant des étapes successives de soudage et des caractéristiques relatives aux opérations de soudage. 25 Selon une caractéristique du procédé, on utilise un modèle prédictif pour déterminer les séquences de soudage et les séquences de mouvement des robots. Selon une autre caractéristique du procédé, les séquences de soudage et les séquences de mouvement du ou des robots sont 30 déterminées par le modèle prédictif à partir de caractéristiques de la ligne automatisée de soudage et de caractéristiques du produit. Selon encore une autre caractéristique du procédé, les caractéristiques de la ligne automatisée de soudage comprennent 3062492 4 l'accessibilité du ou des robots aux zone où se situent des points à souder. De préférence, les caractéristiques de la ligne automatisée de soudage comprennent en plus des temps de soudage du chaque robot. 5 Selon une autre caractéristique du procédé, les caractéristiques de la ligne automatisée de soudage comprennent en les risques d'interférence entre les robots, les caractéristiques du robot, et les caractéristiques de la soudure à réaliser. Le modèle utilise la programmation linéaire mixte en nombres entiers. 10 Avantageusement le résultat du procédé de réduction de temps de cycles d'une ligne automatisée de soudage comporte l'allocation des points de soudure. Selon une autre caractéristique du procédé, le résultat du procédé de réduction de temps de cycles d'une ligne automatisée de 15 soudage comporte la séquence de soudage et la séquence de déplacements de chaque robot de la ligne automatisée de soudure qui minimisent le temps de cycle de la ligne automatisée de soudure. L'invention a également pour objet une installation automatisée de soudage comprenant plusieurs robots composant des postes de 20 soudage et une unité de contrôle apte à piloter les robots, l'unité de contrôle comportant un modèle prédictif pour déterminer les séquences de soudage et les séquences de mouvement des robots. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement 25 à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1, dont il a déjà été fait mention montre les zones d'accessibilité d'un robot ; - la figure 2 montre de multiples chemins d'accès à une même 30 zone du véhicule ; - les figures 3a et 3b montrent les deux types d'interférences entre deux robots, à savoir la collision et l'interférence spatiale ; - la figure 4 montre la répartition des points de soudure d'un véhicule, l'accessibilité à ces points et les zones adjacentes ; 3062492 5 - la figure 5 montre le déroulement du procédé de réduction de temps de cycles d'une ligne automatisée de soudage; et - la figure 6 est une illustration simplifiée d'une ligne automatisée de soudage conforme à l'invention. 5 Un procédé de réduction de temps de cycle d'une ligne automatisée de soudage de pièces de véhicule automobile selon l'invention met en oeuvre la programmation linéaire mixte en nombre entier ou MILP (en anglais « Mixed Integer Linear Programing »). La modélisation des données nécessaires à la réduction du temps de cycle 10 est décrite ci-après. Le procédé de réduction de temps de cycle met en oeuvre une fonction Minimize CT qui cherche à minimiser une variable CT qui représente le temps de cycle. Le temps d'utilisation du robot w est représenté par la variable 15 CTW,,. L'équation suivante décrit que chaque robot peut être un potentiel goulot d'étranglement pour la ligne de soudure : CT> CTW,, V w (équation I) 20 Le temps d'utilisation de chaque robot w est donné par la somme du temps de soudure Tweld,, et du temps de déplacement du robot w Tmovw. Le temps de transfert des pièces d'un poste à l'autre est pris en compte par le paramètre Tfix. Le temps d'utilisation est défini par la relation : 25 CTWW = Tweld,, + Tmov,, + Tfix V w (équation 2) Le temps de soudure Tweld,, de chaque robot dépend du nombre de points de soudure à effectuer dans chaque zone. Les paramètres 30 et TF, représentent respectivement le temps nécessaire pour souder un point par le robot w dans la région r, et la variable nWRA,,, représente le nombre de points à souder dans la région r par le robot w en passant par la zone d'accès a. L'équation suivante détaille le temps de soudure : 3062492 6 V.R.A' 'a`w (équation 3) Le temps de déplacement est décrit par l'équation suivante : 5 Vw.Tmov',-nR',.TmovR-nRRw.TadjR+nAw.TmovA-nAAw.TadjA Vw (équation 4) Il est fonction du nombre de zones où intervient le robot w représenté par la variable nR,' le nombre d'accès utilisé nA,' le 10 nombre de zones adjacentes nRR,, et le nombre de zones d'accès adjacentes nAA, où le robot est passé. Le paramètre TmovR est le temps nécessaire au robot pour se déplacer entre deux zones et la variable TmovA est le temps nécessaire au robot pour se déplacer entre les zones d'accès. Les paramètres TadjR et TadjA sont respectivement 15 les temps gagnés du fait que les zones où se situent les points de soudure sont adjacentes et les zone d'accès sont adjacentes. Le paramètre T7,,, est la vitesse relative du robot w par rapport aux paramètres de temps précédents. Si le robot soude des points dans une zone r, la variable binaire 20 bWRA,,, doit être égale à 1. Cette variable satisfait à la relation suivante : (équation 5) 25 où AT, est le nombre de points dans la zone r. Si le robot w soude des points à partir d'un accès a, la variable binaire bWA,,a doit être égale à 1 : (équation 6) Le nombre total de zones à souder nR,, et de zones d'accès nA,, utilisées est déterminé en sommant les variables égales à 1. (équation 7) (équation 8) 30 3062492 7 La variable binaire bWRRwrir2a représente le bénéfice apporté par les régions adjacentes. Deux régions adjacentes r1 et r2 apportent un avantage au robot seulement si il soude des points dans ces deux 5 régions. Dans ce cas la variable est égale à 1. Les équations 9 et 10 représentent ce gain. L'équation 11 représente que seul un robot peut bénéficier de ce gain : 10 (équation 9) (équation 10) (équation 11) La variable binaire bWAAwala2 représente le bénéfice apporté par les accès adjacents. Deux accès adjacents al et a2 apportent un 15 avantage au robot seulement si il passe par ces deux accès. Dans ce cas la variable est égale à 1. Les équations 12 et 13 représentent ce gain : (équation 12) (équation 13) 20 Enfin, si un cycle de zones adjacentes existe, les variables représentant les zones adjacentes bWRRwr1r2a et bWAAwala2 nécessitent une restriction. Soit c un cycle de régions ou d'accès. Toutes les régions de soudure r, ou les accès a, inclus dans le cycle sont 25 contraintes de participer aux gains apportés par les zones adjacentes telles que spécifiés par les équations 14 et 15 suivantes : V w, c (équation 14) (équation 15) w, c 30 Après ces différents traitements, les variables définies ci-dessus permettent de donner une estimation de la charge de travail. Les équations 16 et 17 suivantes indiquent le nombre d'ensembles de zones adjacentes dont le robot a bénéficié. w (équation 16) 3062492 8 (équation 17) L'équation 18 décrit que tous les points de toutes les zones doivent être soudés : 5 r (équation 18) Si des conditions initiales sont données par l'utilisateur, la variable X doit être égale à la valeur m donnée par l'utilisateur, par 10 exemple pour une variable binaire X=1 ou X=0. La variable X, égale à la valeur m, permet de modéliser les aspects d'accessibilité. Si pour tout n-tuple d'ordre 3 (w, r, a) le robot w ne peut pas accéder à la zone r par l'accès a, la variable bWRAwra correspondante est égale à 0. Les points de soudure sont exécutés 15 uniquement par les robots qui peuvent atteindre la zone r et seulement via les accès accessibles tels que (w, r, a) est un n-tuple d'ordre 3 réalisable. Les contraintes d'interférence sont modélisées par des ensembles de zones. En référence à la figure 3, il existe deux types 20 d'interférences : les collisions et les interférences spatiales entre les bras des robots. Les risques d'interférence sont définis par les relations suivantes : 25 (équation 19) (équation 20) dans lesquelles : rn, désigne l'ensemble des zones m, les variables binaires bWMEwm et 30 bWMCwm désignent si le robot effectue ou non des points de soudure dans l'un des ensembles de zones sujet à l'un ou l'autre type d'interférence. La collision entre les bras de robots est représentée par l'équation suivante : 3062492 9 (équation 21) Pour chaque n-tuple d'ordre 4 (42/, m1, w2, m2) qui montre une 5 interférence possible entre les bras de robots, si le robot w1 accède à l'ensemble de zones m1 et le robot w2 accède à l'ensemble de zones m2, une contrainte doit être rajoutée. Les interférences spatiales sont représentées par les équations : 10 (Dp ) (équation 22) D,- A. (équation 23) Elles limitent toutes le nombre de points de soudure qui peuvent être effectués par une limite supérieure Up réduite par Dp 15 lorsque plusieurs robots effectuent des points de soudure dans l'espace contesté. Dans l'équation (22), l'espace d'interférence est un ensemble de zones de soudage, et dans l'équation 23, il s'agit d'un accès. Les lignes de fabrication sont le plus souvent redéfinies que définies. Il est souhaitable de limiter le nombre de changements par 20 rapport à la configuration initiale. La variable diff,,, limite le nombre de différences dans chaque allocation possible comme indiqué par l'équation suivante : (équation 24) 25 où désigne l'allocation initiale des points de soudure. Le nombre de différences peut donc être limité à un paramètre donné N. N représente le nombre de points de soudure déplacés, comme indiqué par l'équation suivante : 30 REVENDICATIONS1. Procédé de réduction de temps de cycles d'une ligne automatisée de soudage (15) comportant plusieurs postes de soudage (16) comprenant chacun un ou plusieurs robots (17), dans lequel on détermine des séquences de soudage et des séquences de mouvement de chaque robot (17), les séquences de soudage comprenant des étapes successives de soudage et des caractéristiques relatives aux opérations de soudage, caractérisé en ce qu'on utilise un modèle prédictif (18) pour déterminer les séquences de soudage et les séquences de mouvements des robots (17). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les séquences de soudage et les séquences de mouvement du ou des robots sont déterminées par le modèle prédictif (18) à partir de caractéristiques de la ligne automatisée de soudage et de caractéristiques du produit. 3. Procédé selon la revendication 2, selon lequel les caractéristiques de la ligne automatisée de soudage comprennent l'accessibilité du ou des robots aux zones où se situent des points à souder. 4. Procédé selon l'une revendication 2 et 3, selon lequel les caractéristiques de la ligne automatisée de soudage comprennent en plus des temps de soudage de chaque robot. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, selon lequel les caractéristiques de la ligne automatisée de soudage comprennent en plus les risques d'interférence entre les robots, les caractéristiques du ou des robots, les caractéristiques de la ou des soudures à réaliser. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, selon lequel le modèle utilise la programmation linéaire mixte en nombres entiers. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, selon lequel le résultat du procédé de réduction de temps de cycles d'une ligne automatisée de soudage comporte l'allocation des points de soudure. 3062492 15 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, selon lequel le résultat du procédé de réduction de temps de cycles d'une ligne automatisée de soudage comporte la séquence de soudage et la séquence de déplacements de chaque robot de la ligne 5 automatisée de soudure qui minimisent le temps de cycle de la ligne automatisée de soudure. 9. Installation automatisée de soudage comprenant plusieurs robots (17) composant des postes de soudage (16) et une unité de contrôle (18) apte à piloter les robots (17), caractérisée en ce que 10 l'unité de contrôle comporte un modèle prédictif pour déterminer les séquences de soudage et les séquences de mouvements des robots.