Systèmes de manutention

Transcription

1 Systèmes de manutention GOL 510, Cours 03 b Organisation flexible de la production (4cr.) Session : AUTOMNE 2013 Programme de baccalauréat en génie des opérations et de la logistique École de technologie supérieure, Montréal, QC.

2 Source de cette présentation: Bibliographie Automation, Production Systems, and Computer-Integrated Manufacturing, Mikell P. Groover

3 Plan de la présentation Introduction Chariots de manutention Systèmes de véhicules à guidage automatique (AGVS) Types de véhicules et applications des AGV Technologie de guidage de véhicules Gestion des véhicules et sécurité Monorails et autres véhicules guidés par rail Convoyeurs Types de convoyeurs Fonctionnement et caractéristiques des convoyeurs Analyse des systèmes de manutention Construction de diagrammes Analyse des systèmes à base de véhicules Analyse de systèmes de convoyeurs

4 Introduction Les systèmes de manutention sont utilisés pour transporter les pièces et autres matières dans les installations Plusieurs catégories d équipements sont utilisées dans la manutention dans les installations de production et dans les entrepôts Chariots de manutention Systèmes de véhicules à guidage automatique Monorails et autres véhicules à rail Convoyeurs etc.

5 Équipement de manutention Introduction Caractéristiques Applications typiques Chariot de manutention manuel Chariot de manutention motorisé Systèmes de véhicules à guidage automatique Monorails et autres véhicules guidés par rail convoyeurs Coûts peu élevés Bas taux de livraison/hr Coûts moyens Coûts élevés Véhicules alimentés par une batterie Routage flexible Voies non-obstructives Coûts élevés Routage flexible Sur le plancher ou aérien Grande variété d équipement Sur le plancher ou aérien Transporter des charges légères dans une usine Mouvement de palettes dans une usine ou entrepôt Mouvement de palettes dans une usine ou entrepôt Mouvement des en-cours sur des trajectoires variables pour des volumes petits à moyens Mouvement d assemblages, produits ou palettes sur des routes variables Mouvement de grandes quantités de produits sur des routes fixes Mouvement de pièces le long de ligne d assemblage manuel Tri de produits dans un centre de distribution

6 Introduction Chariot manuel (diable) Socles roulants (4 roues) *Source: OQLF Palette Transpalette

7 Introduction Monorail aérien Chariot tracteur *Source: OQLF

8 Chariots de manutention Les chariots de manutention sont divisés en deux catégories Chariots non motorisés (manuels) Tirés ou poussés par des ouvriers Petites quantités de produits sont transportées Petites distances de voyage Sont classés en chariots à deux (2) ou quatre (4) roues Exemples: diable, transpalette, socle roulant etc.

9 Chariots de manutention Les chariots de manutention sont divisés en deux catégories Chariots motorisés Type de chariot Propulsion Caractéristiques Chariot à conducteur à pied Chariot élévateur à fourches Chariot tracteur Batterie chargée Moteurs électriques Moteurs à combustion interne Moteurs électriques Moteurs à combustion interne Fourches à roues Pas de place pour l opérateur Contrôle du chariot à l aide d un levier Vitesse de 5km/hr Place pour l opérateur à bord du chariot Pour des charges de 450 à 4500 Kg Plusieurs configurations suivant l application Remorquage d un ou de plusieurs chariots Déplacement de grandes quantités de matières

10 Systèmes de véhicules à guidage automatique (AGVS) Un système de véhicule à guidage automatisée est un système de manutention qui utilise des véhicules qui fonctionnent de manière indépendante, autotractés et guidés par une trajectoire définie Les véhicules sont alimentés par des batteries à bord qui permettent un fonctionnement de plusieurs heures (8-16 heures) entre les chargements Utilisés lorsque divers produits sont transportées de plusieurs points de chargement à plusieurs points de déchargement

11 Systèmes de véhicules à guidage automatique (AGVS) Types de véhicules à guidage automatique Train sans conducteur Remorque qui tire un ou plusieurs chariots Pour des charges lourdes sur de grandes distances avec ou sans des points de ramassage intermédiaires Transpalette Pour le transport de charges palettisées sur une trajectoire prédéterminée L opérateur guide le transpalette pour porter la charge, le conduit jusqu à la trajectoire puis programme la destination Véhicule de charge unitaire Pour déplacer des charges unitaires d un point à un autre Souvent équipé de système de chargement et de déchargement automatiques

12 Systèmes de véhicules à guidage automatique (AGVS) Train sans conducteur Transpalette (AGV) Véhicule à charge unitaire

13 Systèmes de véhicules à guidage automatique (AGVS) Applications des AGVS Stockage et distribution (souvent combiné avec d autres systèmes automatisés) Lignes d assemblage (pour le transport des pièces ou de groupes de pièces entre les différentes stations) Systèmes manufacturiers flexibles (dans lesquels le AGVS a la tâche de livrer des pièces aux différentes stations de travail, et de récupérer les produits pour les acheminer aux stations suivantes) Distribution du courrier, transport des matières dans un hôpital (repas, médicaments etc.)

14 Systèmes de véhicules à guidage automatique (AGVS) Applications des AGVS Stockage Chargement/déchargement

15 Technologie de guidage de véhicule Le système de guidage est la méthode qui définit les trajectoires et par laquelle les véhicules sont commandés pour suivre ces trajectoires Les technologies les plus connues sont: Fils de guidage encastrés Bandes peintes Véhicules autoguidés

16 Technologie de guidage de véhicule

17 Technologie de guidage de véhicule Fils de guidage encastrés Des fils électriques sont placés dans un chenal creusé dans la surface du plancher Les fils sont reliés à un générateur de fréquence qui émet un signal basse tension, bas courant d une fréquence 1-15 khz Ce signal induit un champ magnétique le long de la trajectoire Ce champ est détecté par des capteurs à bord du véhicule

18 Technologie de guidage de véhicule Fils de guidage encastrés Deux capteurs (bobines) sont installés de part et d autre du fil de guidage Ces capteurs mesurent l intensité du champ magnétique, les intensités mesurées doivent être égales pour que le fil de guidage soit au centre du véhicule Lorsque le véhicule dévie de sa trajectoire, les intensités sont différentes, la différence est utilisée pour contrôler la direction du véhicule en agissant sur les roues Véhicule à guidage automatique Champ magnétique Fil de guidage Capteurs Plancher

19 Technologie de guidage de véhicule Fils de guidage encastrés Pour le choix de la bonne trajectoire parmi plusieurs, deux (2) principales méthodes peuvent être utilisées La méthode de sélection de fréquence de la trajectoire À l arrivée d une bifurcation de trajectoire, le véhicule choisit la trajectoire de fréquence appropriée La méthode du commutateur de trajectoire Les différentes trajectoires ont la même fréquence, mais sont électriquement isolées

20 Technologie de guidage de véhicule Bandes peintes Le véhicule utilise un capteur optique pour localiser la bande La bande peut être en ruban adhésif ou en peinture appliquée directement sur la plancher Le capteur localise la bande, le signal ainsi généré est utilisé pour faire la commande de la direction des roues Les bandes peintes sont utilisées lorsque les fils de guidage électriques sont inappropriées (interférences électromagnétiques, l installation des fils sur le plancher est peu pratique) L inconvénient des bandes peintes et leur durabilité (se détériorent avec le temps)

21 Technologie de guidage de véhicule Véhicules autoguidés Fonctionnent sans définition préalable des trajectoires Utilisent une combinaison de guidage à l estime et de balises localisés dans plusieurs endroits de l installation (usine, entrepôt etc.) Ces éléments sont repérés à l aide de capteurs embarqués dans le véhicule

22 Technologie de guidage de véhicule Véhicules autoguidés Le guidage à l estime fait référence à la capacité d un véhicule de suivre une trajectoire en l absence d une piste prédéterminée Le mouvement est effectué en calculant le nombre requis de rotations des roues pour atteindre une position donnée La précision de la position ainsi atteinte diminue avec la distance parcourue La position effective du véhicule est mise à jour périodiquement à l aide des balises dont les positions sont déjà connues Le guidage à l estime est utilisé pour mouvoir le véhicule entre les balises; les positions de celles-ci mettent à jour la position effective du véhicule Guidage à l estime Mouvement Avantage: LA FLEXIBILITÉ Balises Localisation

23 Gestion des véhicules et sécurité Pour fonctionner de manière efficace et sécuritaire, les AGVS doivent être gérés de manière optimale Les tâches doivent être allouées de façon à minimiser les temps d attente et de prévenir les congestions dans le réseau des trajectoires Trois (3) aspects majeurs: Contrôle du trafic Répartition des véhicules sécurité

24 Gestion des véhicules et sécurité Contrôle du trafic Vise à minimiser les entraves entre les véhicules pour éviter les collisions Deux méthodes sont utilisée: Guidage Détection embarquée Utilisation d un ou de plusieurs capteurs embarqués pour détecter la présence d autres véhicules ou d obstacles en avant du véhicule Si une présence est détectée, le véhicule s arrête Contrôle par zonage L aménagement est divisé en zones séparées. Un véhicule ne peut accéder à une zone si un autre véhicule y est présent AGV1 AGV2 AGV3 ZoneA ZoneB ZoneC ZoneD

25 Gestion des véhicules et sécurité Pour accomplir les tâches dans un AGVS, le travail doit être réparti de manière efficace Plusieurs méthodes sont utilisées Dispositif de commande à bord Le véhicule est assigné à une tâche particulière via son dispositif de commande embarqué Stations de rappel automatique Suite à l appui sur un bouton dans une station, un signal est transmis aux véhicules disponibles pour appeler le véhicule le plus proche Commande par ordinateur centralisée Un ordinateur commande automatiquement la répartition des véhicules suivant la planification des tâches, en commandant leurs destinations et les opérations à accomplir. La technologie radiofréquence est souvent utilisée pour faire le lien entre l ordinateur et les véhicules

26 Gestion des véhicules et sécurité Sécurité La vitesse de déplacement des véhicules doit être plus petite que la vitesse de la marche d un humain Arrêt automatique si le véhicule s écarte de plus d une certaine distance de sa trajectoire (50 à 150 mm) Capteur d obstacles Pare-chocs

27 Monorails et autres véhicules guidés par rails Un autre système de manutention: les véhicules motorisés guidés par un système de rails fixes Se distinguent par la présence de rails qui déterminent les trajectoires Peuvent être: Monorails (aériens pour la plupart) À deux rails parallèles (dépassant de peu le niveau du plancher) Alimentés par leurs rails électrifiés, ce qui les distingue des autres AGVS qui utilisent des batteries embarquées Les routages sont possibles à l aide de commutateurs et de plaques tournantes

28 Monorails et autres véhicules guidés par rails Monorail au sol Monorail aérien

29 Systèmes de convoyeurs Les convoyeurs sont utilisés lorsque des quantités importantes de produits doit être transportée entre les localisations à travers une trajectoire fixe Les convoyeurs peuvent être motorisés ou nonmotorisés Les convoyeurs motorisés, les produits sont propulsés à travers la trajectoire par un mécanisme combiné avec des chaînes, des courroies, des rouleaux etc. Dans les convoyeurs non-motorisés, les produits sont propulsés manuellement ou par la gravité d une position plus élevée à une position moins élevée

30 Systèmes de convoyeurs Quelques types de convoyeurs Transporteur à rouleaux et à galets Les produits transportés glissent sur des rouleaux ou sur des galets La surface inférieure qui glisse sur le convoyeur doit être plate et suffisamment grande pour être posée sur plusieurs rouleaux ou galets Transporteur à courroie Une courroie est utilisée pour transporter les produits. Une moitié pour livrer les produits, l autre moitié est le retour de la courroie (boucle fermée) Transporteur à courroie Transporteur à rouleaux Transporteur à galets

31 Systèmes de convoyeurs Convoyeur motorisé Convoyeurs non-motorisés

32 Convoyeur de produits:

33 Convoyeur de produits: Suite

34 Système de convoyeurs de palettes:

35 Systèmes de convoyeurs Fonctionnement et caractéristiques des convoyeurs L une des manières de classifier les systèmes de convoyeurs motorisés est de les diviser en: Convoyeur à sens unique Utilisé pour transporter des charges d un point d origine (chargement) à une destination (déchargement) Convoyeur en boucle continue Les charges sont transportées dans les deux sens entre les stations de chargement et de déchargement

36 Systèmes de convoyeurs L d V c Chargement Trajectoire du convoyeur Déchargement Convoyeur à sens unique Boucle de livraison V c Chargement Déchargement V c Boucle de retour Convoyeur en boucle continue

37 Analyse des systèmes de manutention Construction de diagrammes Table de flux de matières (origine-destination) Destination Origine 1 0 9/50 5/120 6/ / /85 3/ / Diagramme de flux de matières 5 9/ /205 8/85 5/120 3/ /85 9/80 3 Taux de flux (chargement/hr)/ distance (m)

38 Analyse des systèmes de manutention Analyse des systèmes de véhicules Le temps d un cycle de livraison d un système de véhicules est composé de: Temps de chargement Temps de voyage jusqu à la station de déchargement Temps de déchargement Temps de voyage à vide pour retourner à la station de chargement jusqu au début du prochain cycle L L T T T v d c L U vc T c : temps de cycle de livraison (min/livraison) T L : temps de chargement dans la station de chargement (min) L d : distance parcourue entre les stations de chargement et de déchargement (m) V c : vitesse du véhicule (m/min) supposée constante lors des déplacements du véhicule T U : temps de déchargement dans la station de déchargement (min) L e : distance de voyage à vide pour retourner à la station de chargement jusqu au début du prochain cycle (min) e c

39 Analyse des systèmes de manutention Analyse des systèmes de véhicules Le temps de cycle de livraison permet de déterminer deux paramètres: Taux de livraison par véhicule (livraison/hr par véhicule) Nombre de véhicules nécessaires pour faire le nombre de livraisons voulues (satisfaire la demande) Durant le fonctionnement du véhicule, des pertes de temps peuvent avoir lieu. Ceux-ci sont dus à: La disponibilité La congestion du trafic L efficacité des opérateurs (chariots manuels) Pour rendre compte de ces pertes, les facteurs suivants sont introduits Facteur de fiabilité (A) Facteur de trafic (T f ) Efficacité de l opérateur (E)

40 Analyse des systèmes de manutention On définit le temps disponible par heure par véhicule AT 60ATf E AT : temps disponible (min/h par véhicule) A : disponibilité T f : facteur de trafic E : efficacité Le taux de livraison par heure par véhicule est: AT Rdv T R dv : taux de livraison par heure par véhicule (liv/hr par véhicule) AT : temps disponible par heure (min/hr par véhicule) T c : temps de cycle par livraison (min/livraison) c

41 Analyse des systèmes de manutention On définit la charge de travail WL R T WL : charge de travail (min/h) T c : temps de cycle (min/livraison) f c R f : programme de livraison (livraison/hr) Le nombre de véhicules nécessaires est: n c WL AT n c : nombre de véhicules nécessaires AT : temps disponible par heure (min/hr par véhicule) WL : charge de travail (min/hr) R f : programme de livraison (livraison/hr) R dv : taux de livraison par heure par véhicule (liv/hr par véhicule) R R f dv

42 Analyse des systèmes de manutention Exemple 10.1 page a. L d =110m et L e =80 m (d après le schéma) b. Temps de cycle idéal c. Nombre de véhicules nécessaires n c TL 0.75 min TU 0.50 min R f 40 liv / hr vc 50 m/ min A 0.95 T f 0.90 E 1.0 WL RT f c AT 60AT E f Tc min 50 50

43 Analyse des systèmes de manutention Analyse de convoyeur Convoyeur à sens unique Temps de déplacement des pièces de la station de chargement à la station de déchargement Ld Td vc T d : temps de livraison (min) L d : distance entre les stations de chargement et de déchargement (m) v c : vitesse du convoyeur (m/min) Le flux de matières dans le convoyeur est déterminé par le taux de chargement dans la station de chargement

44 Analyse des systèmes de manutention Le taux de chargement est limité par l inverse du temps de chargement des produits vc 1 Rf RL S T R f : flux de produits (pc/min) R L : taux de chargement (pc/min) S c : distance centre-à-centre entre les pièces sur le convoyeur (m/pc) v c : vitesse du convoyeur (m/min) Le temps de déchargement doit être plus petit ou égal au temps de chargement T U : temps de déchargement (min/pc) T L : temps de chargement (min/pc) c T U L T L

45 Analyse des systèmes de manutention Lorsque les pièces sont transportées dans le convoyeur en lots dans des bacs de manutention R R f : flux de produits (pc/min) 1 T S c : distance centre-à-centre entre les bacs de manutention sur le convoyeur (m/bac) v c : vitesse du convoyeur (m/min) f n p : nombre de pièces par bac (pc/bac) nv p S c c L

46 Analyse des systèmes de manutention Exemple 10.3 page a. Espace entre les pièces b. Flux de produits maximum Or vc 40 m/ min Ld 35m np 20 loading cycle 25 sec 25 Sc m / pc 60 nv p c Rf 48 pc / min Sc sec 1 1 TL min/ pc 48 pc / min Rf 60sec/ min 20 pc T T C. Temps minimal de déchargement d un bac TU 25sec L L

47 Analyse des systèmes de manutention Analyse de convoyeur Convoyeur en boucle continue Longueur totale du convoyeur L L L L d : longueur de la boucle de livraison (m) L e : longueur de la boucle de retour (m) L: longueur totale du convoyeur (m) Le temps de cycle total du convoyeur pour la boucle T T c : temps de cycle total (min) v c : vitesse du convoyeur (m/min) L: longueur totale du convoyeur (m) c d L v c e

48 Analyse des systèmes de manutention Analyse de convoyeur Convoyeur en boucle continue Temps dans la boucle de livraison T d : longueur de la boucle de livraison (m) L d : longueur de la boucle de retour (m) v c : longueur totale du convoyeur (m) Nombre de bacs de manutention dans la boucle T d L v d c n c : nombre de bacs v c : vitesse du convoyeur (m/min) L: longueur totale du convoyeur (m) L nc, nc N v c

49 Analyse des systèmes de manutention Analyse de convoyeur Convoyeur en boucle continue Nombre maximum de pièces dans la boucle de livraison Ld nombre de pièces ncn p L n c : nombre de bacs de manutention n p : nombre de pièces par bac (pc/bac) L d : longueur de la boucle de livraison (m) L: longueur totale du convoyeur (m) Flux maximal entre les stations 1 T c L R f : flux de produits (pc/min) S c : distance centre-à-centre entre les bacs de manutention sur le convoyeur (m/bac) v c : vitesse du convoyeur (m/min) n p : nombre de pièces par bac (pc/bac) R f nv p S c

50 Conclusions Lecture suggérée: Livre de référence (chapitre 10, pages 273 à 312)