www.siemens.fr/automationautomation.fr@siemens.com

L’usine de Cléon en chiffres

• Ouverture de l’usine :1958

• Activité : Usinage et Assemblage de boîtesde vitesses et de moteurs

• Boîtes de vitesses :Familles P (équipant hautde gamme et véhiculeutilitaire), J (moyennegamme)

• Moteurs : Familles F (F4 et F9), G (G9 équipant haut de gamme et véhiculeutilitaire) et M (2.0 dCi,nouveau moteur del’Alliance accouplé à laboîte de vitesses PK4).

• Superficie totale :130 hectares (dont40 hectares couverts)

• Effectifs :5 173 salariés dont 760 à l’Ingénierie 2 100 personnesrecrutées depuis 2000

• Production :- Cumul 1958-2006 : 80 millions d’organesproduits à fin mars 2006,depuis la création du site

- Cadences journalières :3 300 moteurs et 3 800 boîtes par jour,

- Production 2005 : 900 333 boîtes de vitesses et771 162 moteurs, soit30% de la productionmécanique de Renault.

• Investissements :- 250 M€ ont été investisdans l’usine de Cléon,pour la fabrication dumoteur M9R et 50 M€

pour la boîte de vitessesPK4.

- 150 M€ par an au coursdes 10 dernières années

Ligne - transfert personnalisée à la demande chez Renault

Renault adopte le système homogène modulaire de Siemens

"Solutions for Powertrain TRANSLINE"... Tel est le nom du concept global d’automatisationstandardisée des lignes de fabrication de grande série, avec un nombre quelconque de machinesd’usinage. Ce concept développé par Siemens avec l’industrie automobile, est voué au suivi desprojets de mécanique (moteurs, boîtes de vitesse et liaisons au sol) mettant en jeu des cellulesflexibles d’usinage et de montage, ainsi que des machines transfert. Un concept qui s’appuie surla panoplie standard des produits d’automatisme de Siemens Industry Automation and DriveTechnologies : automates programmables SIMATIC S7, commandes numériques SINUMERIK,entraînements SIMODRIVE, périphérie décentralisée ET 200, interfaces homme machine, réseauxde communication (PROFIBUS DP et Industrial ETHERNET), systèmes d’identification automatique,appareillage basse tension. TRANSLINE incorpore également le concept "Safety Integrated", c’est-à-dire des fonctions de sécurité intégrée, certifiées par le German Institute for OccupationalHealth and Safety, en respect de la norme EN 954-1 Cat. 3.

La solution livrée par Siemens au constructeur d’automobiles est constituée de composantsstandards 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 derechange. Cette démarche de standardisation est source de cohérence des logiciels et desmatériels, donc de réduction du coût de configuration et du temps d’ingénierie. Elle présente demultiples autres avantages : réalisation plus rapide de solutions fiables, réduction du temps dedémarrage, formation plus efficace des opérateurs à moindre coût, diagnostics de panne etmaintenance accélérés, stock limité de pièces de rechange, plus grande évolutivité du systèmed’automatisme, et finalement, un coût total moindre.

Les composants standards préconisés par la démarche TRANSLINE

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 constituantsmatériels et logiciels appartenant à une même famille homogène de produits d’automatismesusceptibles d’être intégrés pour former un seul et unique système de production automatisée.On y trouve notamment :

• La famille d’automates programmables SIMATIC S7-300 qui offre une puissance de traitementévolutive graduellement. En cas de besoin, des extensions permettent de prendre en charge destâches de commande complexes.

• 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 desdonnées 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 desenvironnements sévères des ateliers (figure 2).

• Avec "TRANSLINE HMI", Siemens a réalisé une interface logicielle standard, mais adaptable grâceà 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 sansformation spéciale. Comme cette interface opérateur est installée sur toutes les machines d’unemême ligne de production, elles peuvent toutes être pilotées de manière similaire : le taux d’erreurest ainsi réduit.

• Modulaire, le système de commande autorise aussi le raccordement de produits périphériquesintelligents tels que systèmes de mesure, de diagnostic, de gestion des données.

En s’appuyant sur cette démarche d’accompagnement proposée par Siemens aux constructeursd’automobiles, Renault a configuré une solution personnalisée constituée de la commandenumérique SINUMERIK 840D chargée de piloter des machines de production et des équipementsde manutention très différents. La nouvelle version de cette commande, la SINUMERIK 840D sl (pour"solution line") s’y trouve intégrée.

Moteur M9

Stockage de vilebrequins en cours de finition dans un magasin d’en-cours.

Renault

www.siemens.fr/automation

Depuis 1997, Renault déploie pour l’industrie automobile, unconcept d’automatisation homogène basé sur des fonctionsmodulaires et mis en œuvre pour la production de moteurset de boîtes de vitesses. Dans le cadre de l’Alliance Renault-Nissan, ce concept est exploité à Cléon, sur deux lignes d’usi-nage de carters et de vilebrequins du nouveau moteur die-sel M9R. Deux lignes comptant quelques 160 machines-outilsà commande numérique SINUMERIK. L’installation permetaujourd’hui de produire 12 500 moteurs par semaine.

Fort de son excellence reconnue dans le domaine des motorisa-tions diesel, Renault a développé le moteur 2.0 dCi (M9R) et la boîtede vitesses à 6 rapports (PK4) qui équipent les modèles Mégane,Laguna 3, Espace, QM5/Koleos, Trafic et Vel Satis. Ces deux orga-nes ont été développés avec Nissan dans le cadre de l’Allianceentre les deux constructeurs. L’usine Renault de Cléon (Normandie,France) a bénéficié d’un total de 308 M€ d’investissements indus-triels 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 meil-leur niveau de qualité et de fiabilité pour la satisfaction des clients,déployer un procédé de fabrication qui intègre un niveau d’exigencemaximal sur les conditions de sécurité et d’ergonomie des opéra-teurs, et le respect de l’environnement.

L’usine de Cléon produit près de 770 000 moteurs et 900 000 boî-tes 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 réponseà la commande d’un client. Ce système de production constitueà l’évidence un atout considérable pour la gestion des stockspuisqu’il permet de ne commander que les pièces dont l’usineaura besoin avec certitude dans les 6 prochains jours.

Un nouvel atelier, entièrement dédié à la production de ce moteura été construit sur le site de Cléon. Sur les dix lignes qui le compo-sent, quatre ont été créées de toutes pièces, pour l’usinage duvilebrequin et du carter cylindre, pour l’assemblage et les bancsd’essai. Trois autres lignes, usinage des culasses, des arbres àcames et des bielles, sont des évolutions de lignes existantes. Laproduction du moteur M9R bénéficie ainsi des investissements réa-lisés 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 longueurtotale de 1,2 km. Son niveau d’automatisation est élevé avec 51 postes automatiques et 30 postes semi-automatiques sur un

total de 144 postes. Ainsi le vissage est électrique à 100%, ladépose du joint de silicone et le contrôle d’étanchéité du moteursont 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 deslignes d’usinage à fort degré d’automatisation, capables de produirejusqu’à 15 000pièces par semaine. Cette production en série extrême-ment performante a recours à des technologies de pointe (Figure 8).Ainsi en est-il des lignes de production constituées de centres d’usinageà commande numérique SINUMERIK et de lignes transfert, ainsi quetours, rectifieuses, machines de contrôle, machines à laver...en asso-ciation avec les équipements de manutention automatisés par desautomates SIMATIC : robots, portiques, postes de transfert, magasinsintermédiaires, etc. De telles installations hautement automatiséesrequièrent de fortes compétences techniques. Elles sont conduites parun personnel réduit qui assure en permanence la fiabilité des machi-nes afin de garantir une qualité des pièces dont la précision se mesureen microns : des équipes de moins de dix personnes sont suffisantespour 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... condui-rait rapidement à un désastre dans ce réseau d’automatisme.“C’est pourquoi, souligne Nicolas Barbier, responsable des auto-matismes pour les lignes d’usinage, Renault a décidé en 1997d’opter pour un partenaire unique pour ses automatismes :Siemens”. C’est l’offre "Solutions for Powertrain TRANSLINE" qui aen effet été choisie par Renault en raison des nombreuses fonc-tions et prestations couvertes pour garantir la sécurité, la perfor-mance et la disponibilité des lignes de fabrication.

L’usinage piloté par SINUMERIK 840D Powerline

Pour sa ligne de production de carters de Cléon, Renault a mis enœuvre des machines d’usinage et des systèmes de manutentionde la société allemande Grob (Mindelheim). Quinze centres d’usi-nage (à 2 broches et 5 axes) y sont implantés, ainsi que douze lignesde transfert. La manutention est assurée en grande partie par desportiques, ainsi que par des robots isolés.

La ligne d’usinage des vilebrequins met quant à elle à l’ouvrageun parc plus hétérogène de moyens de production : “le processusexige en effet une multitude de machines qui ne sont pas dispo-nibles auprès d’un seul et même constructeur”, explique NicolasBarbier. La manutention (robots, portiques, convoyeurs et maga-

Alain Rolland (responsable automatismesligne carter cylindre M9) sur une SIMATIC S7-300chez Renault : toutes les commandes desdeux lignes de production sont équipéesd’une interface opérateur uniforme.

Les commandes de la ligne de production étanttoutes livrées par Siemens, il a été possible de réduire les besoins en formation, le tauxd’erreur et... les coûts. Sur l’image : la commandenumérique SINUMERIK 840D powerline.

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.

Production hautement automatisée du nouveau moteur diesel 2,0 L dCi.

Vilebrequins bruts avant le premier usinageCarters finis et palettisés pour le transport

Ligne flexible et hautement automatisée de production de moteurs à la demande

sins de stockage) est une fourniture de la société Cinetic ETFALinking (Héricourt), tandis que les machines d’usinage d’ébaucheont été livrées par Comau.

L’automatisation des systèmes est assurée par la commande numé-rique modulaire SINUMERIK 840D Powerline. C’est une commandeouverte et modulaire qui maîtrise presque tous les types d’usinages.

La flexibilité des lignes pilotées par les commandes numériquesSINUMERIK rend possible l’usinage de différents moteurs sur lamême ligne, sans modification notable de sa configuration méca-nique. Il suffit en effet de changer les programmes, ainsi que lespalettes de transport des pièces usinées.

Il était par ailleurs particulièrement important que l’installationde manutention soit dotée de fonctions qui ne sont en général disponibles qu’avec les commandes spéciales de robot : appren-tissage, transformation de coordonnées, pupitre portable multi-fonctionnel, interfaces opérateur spéciales.

Pour toutes les fonctions d’automatisme, notamment celles despostes de lavage, Renault a fait le choix de l’automate SIMATIC S7-300,associé à des pupitres opérateur SINUMERIK OP 012/PCU50 etSIMATIC OP 270, des pupitres multifonctions MP 370, ainsi quedes Push Button Panels (figure 3 et figure 5).

Notons également que les machines-outils sont d’autre part équi-pées de variateurs de vitesses SIMODRIVE 611D. De son côté,Grob a intégré les servomoteurs 1FT6 et 1FK7 de Siemens dansses 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’estpourquoi nous ne remettrons nullement en cause le choix desfonctions 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 Ethernetà un système d’information central, auquel toute personne autorisée au sein du groupe Renault a accès pour optimiser les ins-tallations ou planifier de nouveaux équipements.

À l’issue de l’installation des moyens de production automatisée,en particulier de la ligne d’usinage des carters, les machines àcommandes numériques ont fait l’objet d’une optimisation dansle cadre d’un partenariat entre Siemens, Grob et Renault, l’objectifétant de garantir des performances optimales et une longue duréede vie des machines. Cette optimisation tripartite visait notammentà réduire les vibrations transmises à la structure mécanique, doncde ralentir la fatigue des composants, de réduire les temps d’ar-rêt et les coûts de réparation.

En finale, la démarche TRANSLINE de Siemens s’avère intéressante.Nicolas Barbier admet en effet sans ambiguïté que “TRANSLINE esten application depuis 1997 chez Renault : je peux affirmeraujourd’hui que le bilan est positif. Nous avons eu raison d’opteren sa faveur”.

Système modulaire flexible réalisé avec les modules de fonctionSolutions for Powertrain-TRANSLINE de Siemens. Ici, une configuration possible.

Visite de l’usine de Cléon (de gauche à droite) : Jérôme Le Bris deSiemens France, Alain Rolland (responsable automatismes ligne cartercylindre 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 crééle moteur diesel le plus performant de sa catégorie. Cemoteur de 110 kW (150 ch) ou 127 kW (173 ch) avec un couple maximal de 360 Nm développe non seulement unepuissance remarquable, mais se distingue aussi par sa faibleconsommation, son fonctionnement très silencieux et sontrès faible niveau d’émission.

Le moteur est destiné aux véhicules de l’Alliance RenaultNissan. Il équipe notamment les Nouvelle Laguna, NouvelleMégane, Scénic, Nouvel Espace, Vel Satis et Trafic.