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Karakuri. Ses 5 principaux avantages et des exemples d’application.
Fév
Le Karakuri est l’utilisation de dispositifs mécaniques au lieu d’appareils électriques, pneumatiques ou hydrauliques. Dans le cadre du Lean, cela désigne les dispositifs mécaniques qui améliorent les performances du système.
Les Origine du Karakuri
Il est apparu au Japon avec les poupées mécaniques, appelées karakuri ningyo (か ら く り 人形). Ces poupées sont mentionnées pour la première fois il y a environ 1 500 ans, mais elles ont connu leur plus grande popularité il y a environ 200 ans.
Ces poupées peuvent être considérées comme les précurseurs des robots. L’un des exemples les plus connus est la poupée présentée en haut de l’article. Le poids d’un bol à thé placé sur le plateau faisait avancer la poupée d’une distance définie, tout en bougeant ses pieds (propulsés par un ressort hélicoïdal).
Après avoir retiré la tasse et bu le thé, la tasse vide est replacée sur le plateau. Le poids de la tasse faisait tourner le poignet et la ramenait à sa position initiale.
En plus des poupées qui transportent du thé, il existe également des poupées qui tirent des flèches, écrivent ou dansent. Elles étaient utilisés dans les théâtres, comme jouets (coûteux) ou sur des chars de festival.
Cependant, elle a également été utilisée dans d’autres contextes. L’image ci-contre montre une arme pliante appelée karakuri jitte.
D’autre part, les maisons avec des étages cachés et des cachettes étaient appelées karakuri yashiki. En revanche, dans l´Antiquité, il y avait, et il existe encore, des meubles et des parapluies karakuri.
Bien sûr, en termes Lean, il est surtout connu pour le karakuri kaizen.
Mais avant d’aller plus loin, je voudrais souligner que même si le terme karakuri est japonais, l’idée elle-même n’est pas propre au Japon. Le monde occidental compte également de nombreuses poupées capables de jouer de la musique, de dessiner ou d’écrire.
De même, de nombreuses villes européennes disposent de gadgets tels que des marionnettes mécaniques, souvent placées dans la tour de l´hôtel de ville, accompagnées d’un carillon.
De plus, avant les moteurs électriques et les ordinateurs, des dispositifs mécaniques similaires étaient également utilisés dans le secteur manufacturier pour automatiser (mécaniquement) et améliorer les processus. Des exemples bien connus sont les machines de formage de blocs de Samuel Bentham à Portsmouth, qui façonnaient dix blocs de bois sans surveillance et s’arrêtaient une fois le travail terminé. On pourrait également intégrer dans cette catégorie le métier à tisser Jacquard, où les planches de bois « programmaient » le motif du tissu.
Qu’est-ce que le Karakuri Kaizen ?
Il s’agit d’un dispositif mécanique qui améliore généralement le système de travail. L’appareil utilise uniquement des dispositifs mécaniques et évite l’énergie électrique, hydraulique ou pneumatique. Il n’est pas non plus contrôlé par un ordinateur, mais plutôt par la conception de la mécanique elle-même.
Lors de l’exposition Karakuri Kaizen 2017 à Nagoya, de nombreux exemples intéressants ont été vus. Cependant, certains d’entre eux incluaient un peu de technologie pneumatique ou électrique. En toute honnêteté, si un karakuri devrait viser une solution purement mécanique, la police du karakuri n’existe pas et, au final, la solution la plus adaptée doit être utilisée.
Commençons par un exemple de vidéo du musée Toyota Kaikan à Toyota City. Elle montre un petit chariot déplaçant trois objets dans un espace. Une fois les trois objets chargés, un crochet (électrique) décroche le chariot.
Le poids de la marchandise pousse la plateforme vers le bas. Cette énergie potentielle est convertie en mouvement vers l’avant, via certains engrenages situés sous le chariot. Cela remontera également certains ressorts à l’intérieur de la voiture.
À la fin du trajet aller, la plate-forme touchera un axe situé sur le côté droit du chariot, ce qui fera basculer la plate-forme et les canettes tomberont. Un crochet électrique sécurise le chariot pendant que cela se produit. Le crochet électrique désengage ensuite le chariot et les ressorts libèreront l’énergie stockée pour ramener le chariot à sa position d’origine.
Dans la vidéo complète du processus, vous pouvez voir en détail les mouvements et les déplacements de ce dispositif karakuri :
Pourquoi utiliser le Karakuri? Principaux avantages.
L’industrie 4.0 est actuellement à la mode. Cependant, le karakuri kaizen, qui met l´accent sur les solutions mécaniques, est plus ou moins le contraire. Ces appareils ne sont pas connectés sans fil, ni en ligne, dans le cadre de l’Internet des objets ou des systèmes cybernétiques.
Alors pourquoi les utiliser ? Après tout, chacune de ces actions peut également être réalisée à l’aide de capteurs, d’actionneurs et de processeurs. Cependant, il est généralement préférable de les utiliser en raison de ces avantages :
Plus économique
Un système mécanique peut être beaucoup plus économique qu’un système informatisé. Bien que tous les karakuris n’aient pas ce potentiel, ils sont souvent moins chers que les technologies concurrentes.
Nombre d’entre eux utilisent des profilés en aluminium pour construire leurs dispositifs. Les profilés en acier soudés constituent une alternative moins coûteuse, bien que ces systèmes soient difficiles à modifier par la suite et ne soient recommandés qu’après la construction d’un prototype avec des profilés en aluminium.
Ces dernières années, l’utilisation de tubes métalliques pour les dispositifs karakuri s’est généralisée. Les avantages du tube Lean sont d´un coût inférieur à celui du profilé en aluminium et d´une plus grande facilité de construction puisque, comme les coupes sont cachées par les joints, les coupes peuvent être réalisées même avec un outil manuel.
Voici quelques exemples d’éléments couramment utilisés dans ce type de dispositifs karakuri :
Plus facile à entretenir
Souvent, la maintenance du karakuri est également plus facile. Si un système informatique tombe en panne, il est très difficile de comprendre ce qui ne va pas. Vous avez besoin d’un mécanicien, d’un électricien et éventuellement d’un programmeur.
Dans le cas d’un dispositif mécanique, il est généralement assez facile de voir (même pour un œil non averti) où se situe le problème. Par conséquent, trouver et résoudre le problème est potentiellement beaucoup plus facile et peut même être effectué par le personnel de l’atelier. Cependant, très peu d’opérateurs d’atelier toucheront à un système informatique pour le réparer.
Plus facile à améliorer
Le Karakuri est souvent appelé karakuri kaizen. Et le Kaizen repose sur l’amélioration continue. Une telle amélioration nécessite des essais et des erreurs et nécessite généralement la participation des travailleurs.
Comme pour la facilité d’entretien, ces dispositifs permettent aux travailleurs d’atelier de créer et de mettre à jour eux-mêmes les dispositifs, sans avoir à installer ou à modifier quoi que ce soit, y compris les automates et les capteurs.
Ces mécanismes permettent donc une amélioration continue, depuis la base de l’organisation, en plusieurs petites étapes. Les systèmes informatiques impliquent presque toujours de grandes étapes, généralement initiées par la direction lorsqu’elle détecte le problème (souvent trop tard, et seulement les plus importants), et mises en œuvre par les ingénieurs et les programmeurs lorsqu’ils en ont le temps.
En bref : Kaizen est bien plus simple !
Amélioration du transport des composants
En Occident, il est le plus souvent associé au transport de matériaux, notamment le retour des cartons vides dans un supermarché à voie roulante.
Une application courante de ce type de karakuri consiste à compléter les systèmes AGV ou les robots mobiles autonomes, permettant le chargement et le déchargement desdits véhicules guidés autonomes automatiquement et sans avoir recours à la robotisation.
Une cinématique bien pensée garantit qu’aucune caisse ne tombe au sol ou ne se déplace vers un emplacement déjà occupé. Encore une fois, le tout sans ordinateur, électronique ou moteur électrique (sauf, bien sûr, pour le déplacement de l’AGV).
La vidéo suivante montre le fonctionnement de ce type de système :
Réduit la durée des opérations
Sur les chaînes d’assemblage automobile, les opérateurs disposent généralement d’un petit chariot contenant du matériel et des outils. Ces chariots peuvent être poussés à la main, mais il serait beaucoup plus facile de les déplaçer automatiquement le long de la ligne.
Bien que cette idée ne soit pas nouvelle, Toyota Motor Canada a présenté une telle voiture dans une version karakuri pour monter le moteur dans la voiture. Au fur et à mesure qu’il avance, un poids est soulevé. Une fois qu’une voiture est prête, le poids est relâché et fait reculer la voiture le long de la ligne jusqu’au véhicule suivant.
Ils ont également incorporé un mécanisme de protection qui recouvre le garde-boue de la voiture pendant le travail et présente un bac à pièces sur le garde-boue de la voiture, à la portée de l´ouvrier. Au total, ils ont pu éliminer huit tâches avec leurs durées de fonctionnement respectives par cycle de travail.
Un autre exemple a permis d’installer des systèmes d’échappement sous les voitures. Le dispositif offrait à l´ouvrier une nouvelle issue de secours à portée de main, réduisant à la fois l’effort de marche et de levage.
Cela a réduit le temps de cycle des travailleurs de quatre secondes, soit environ 7 % au total, et a également allégé sa charge de travail.
Exemples d’application
Après une introduction et une description des fondamentaux du karakuri kaizen, voici quelques exemples de karakuri kaizen pour une grande variété d’usages. Cette liste sera complétée à l’avenir.
Amélioration de la logistique interne
Il existe plusieurs utilisations différentes du karakuri. En Occident, elle est le plus souvent associée au transport de matériaux, notamment au retour de cartons vides dans un supermarché à voie roulante. Voici un exemple:
Une application très intéressante pourrait être un système dans lequel le matériel serait stocké sur des rails roulants dans l’AGV. L’AGV approvisionne un supermarché à côté de l’assemblage. En traversant simplement le supermarché lentement, différents leviers activent le transport du matériel et les cartons contenant le matériel quittent l’AGV vers le supermarché, tandis que les cartons vides reviennent à l’AGV. Vous trouverez ci-dessous un croquis du système.
L’AGV retourne ensuite au supermarché d’approvisionnement. Là encore, les leviers ramènent les cartons vides au supermarché d’approvisionnement et d’autres leviers réapprovisionnent l’AGV avec des cartons pleins du supermarché d’approvisionnement pour les acheminer vers la zone de consommation.
Réduction du stress et des blessures des travailleurs.
Les tuyaux en plastique ne sont parfois pas faciles à retirer d’un connecteur. Pour les retirer, l´ouvrier doit pousser un anneau à dégagement rapide tout en tirant sur le tuyau.
Souvent, cette opération se déroule dans un espace étroit à l’intérieur d’une machine plus grande, et l’ouvrier doit se tordre les doigts pour y parvenir. De plus, le tuyau lui-même rend difficile la poussée de l’anneau tout en tirant.
Après quelques extractions, les doigts des ouvriers commencent à être douloureux. Pour résoudre ce problème, l’entreprise a créé une paire de pinces spéciales qui s’adaptent aux espaces restreints. En fermant simplement la pince, un mécanisme pousse l’anneau de déverrouillage et retire en même temps le tuyau.
Cet outil spécial a rendu le retrait du tuyau beaucoup plus facile et pratique, sans parler du fait qu´il est beaucoup plus rapide. Le concept appliqué est similaire à celui des pinces spéciales de la figure.
Un autre exemple de Toyota Boshoku, l’une des sociétés du groupe Toyota, a été développé pour l’inspection visuelle des pare-chocs d’automobiles. Ces pare-chocs étaient à l’origine sur un châssis rotatif. Cela signifiait que le travailleur devait faire des allers-retours pour se trouver près du pare-chocs à inspecter. La photo ci-dessous montre une vue aérienne du côté gauche.
Le nouveau dispositif karakuri avait une broche dans une fente en forme de cacahuète. Cela déplaçait le pare-chocs non pas en cercle, mais en « forme de cacahuète ». De ce fait, l’ouvrier se trouvait toujours près du pare-chocs, sans bouger d’un côté à l’autre.
Orientation plus favorable des matériels
De nombreuses applications karakuri sont utilisées pour organiser de petites pièces afin d´en faciliter leur utilisation par des machines ou des humains. Le premier exemple ici est probablement bien connu, puisqu’il s’agit d’un exemple populaire de Toyota.
Lors du montage, l’ouvrier doit visser deux vis. Auparavant, le travailleur devait les retirer manuellement d’une boîte, ce qui était fastidieux. Toyota a placé deux aimants sur un bras mobile. Chaque fois que le travailleur remettait la perceuse électrique sur son support, le poids de la perceuse électrique s’appuyait brièvement sur le bras. Les aimants plongeaient dans la boîte de vis et prenaient juste la bonne quantité de vis (dans cet exemple, deux).
Ce petit mécanisme non motorisé a permis à l’ouvrier de gagner beaucoup de temps en cherchant le bon nombre de vis.
Un autre exemple est celui de l’alimentation d’une machine à pièces orientées. Le mécanisme est si simple qu’on pourrait affirmer qu’il ne s’agit pas du tout d’un mécanisme, puisqu’il ne comporte aucune pièce mobile.
Le but était d’orienter les boulons. Une glissière métallique en forme de demi-entonnoir est simplement utilisée. Étant donné que le côté du boulon de plus grand diamètre roule plus rapidement, cette extrémité sort toujours en premier à l’extrémité de l’entonnoir.
