Robots collaboratifs :hype ou espoir ?

Les cobots sont-ils la réponse à la pénurie de main-d'œuvre qualifiée dans l'industrie manufacturière ?

Demandez au propriétaire d'un atelier d'usinage ou d'une usine de tôlerie de nommer le plus grand obstacle à la croissance de l'entreprise et vous recevrez probablement la même réponse :ce n'est pas un manque de fonds de roulement qui les ralentit, ni une pénurie de technologie de pointe, mais quelque chose de beaucoup plus fondamental :le besoin pour quelqu'un d'appuyer sur un bouton vert ou d'emballer des boîtes. "Nous ne pouvons pas trouver assez de personnes", vous entendrez.

Pour ajouter l'insulte à l'injure, ceux qui ont surmonté d'une manière ou d'une autre leurs problèmes de main-d'œuvre - grâce à des partenariats avec des écoles professionnelles de la région ou via des programmes internes de développement des travailleurs - sont toujours confrontés à un obstacle tout aussi difficile, à savoir la concurrence féroce des fabricants des pays à faible coût de main-d'œuvre. Comment peut-on espérer rester à flot alors que la masse salariale de votre concurrent ne représente qu'une fraction de la vôtre ?

Améliorateurs de main-d'œuvre

La solution est évidente :automatiser. Naviguez dans les allées de n'importe quelle usine automobile et vous êtes sûr de voir des hordes de robots jaunes, oranges ou blancs s'occuper de longues chaînes de montage. Il en va de même pour toute grande entreprise de fabrication, où des robots industriels chargent et déchargent des pièces des cellules d'usinage, appliquent de la peinture sur les pièces qui passent ou assemblent des composants dans des cellules de soudage automatisées. Problème de travail résolu.

Mais qu'en est-il du reste du monde manufacturier, où la baisse des volumes de production rend l'automatisation une proposition apparemment douteuse ? Tout le monde sait que les robots industriels coûtent cher. Ils nécessitent des techniciens qualifiés pour les programmer et élaborer des protections ou des barrières immatérielles pour éviter de blesser leurs collègues humains. Le passage d'une tâche à l'autre prend un temps précieux, sans parler du besoin d'outils spéciaux en bout de bras, de convoyeurs pour déplacer le matériau dans et hors de la portée du robot et de l'entretien de routine d'un autre équipement d'atelier.

Une solution universelle

Bien que la source des termes « collaboratif » et « cobot » soit âprement débattue, une chose est claire :il y a environ 10 à 15 ans, plusieurs fournisseurs de robotique ont tenté de résoudre le problème avec une nouvelle approche de l'automatisation. Le robot « collaboratif » UR5 d'Universal Robots (Odense, Danemark), par exemple, promettait d'éliminer les gardes de sécurité. L'installation aurait pris moins d'une heure. L'interface à écran tactile était censée être suffisamment simple à utiliser pour tout le monde, et le robot était suffisamment léger pour être déplacé là où il était nécessaire. Et avec un prix bien inférieur à celui des robots industriels de taille comparable, les cobots se retrouveront bientôt dans les magasins, grands et petits, a prédit l'entreprise.

Ils avaient raison. D'autres sociétés de robotique ont rapidement emboîté le pas et aujourd'hui, pratiquement tous les fournisseurs de robots industriels produisent ou travaillent activement sur leur propre réponse à l'UR5. Les cobots sont devenus si populaires, en fait, qu'un blog récent sur le site Web de la Robotic Industries Association (RIA ; Ann Arbor, MI) suggère que la part de marché actuelle de 3 % dont bénéficient les robots collaboratifs décuplera d'ici 2025.

Un chiffre impressionnant, certes, mais qu'est-ce que cela signifie pour les robots traditionnels, moins respectueux de l'homme ? Vont-ils bientôt suivre la voie des machines à courroie et des outils en acier au carbone ? Et mis à part leur énorme potentiel de croissance, les cobots sont-ils vraiment tout ce qu'ils sont censés être, ou s'agit-il d'un autre exemple de battage marketing qui dépasse la réalité ?

Moins c'est plus

Stuart Shepherd, directeur régional des ventes pour Universal Robots Americas (Ann Arbor, MI), ne le pense pas. Il y a de très bonnes raisons à ce battage médiatique, a-t-il dit, notamment moins de gardiennage, moins d'espace au sol et moins de besoin de formation des opérateurs.

"Les cobots représentent une opportunité pour l'automatisation d'être utilisée par davantage d'entreprises et dans des applications non abordées auparavant", a déclaré Shepherd. "Ils pourraient être le changement le plus important dans l'industrie de l'automatisation depuis les inventions des automates [contrôleurs logiques programmables] et même des robots eux-mêmes."

Les fabricants de toutes tailles apprécient les avantages que les cobots apportent à la production, a noté Shepherd, ajoutant que la facilité d'utilisation, associée à un faible coût total de possession, les rend particulièrement attrayants pour les petites entreprises. C'est cela, en partie, qui explique leur croissance plus rapide que la moyenne du marché, a déclaré Shepherd, bien qu'il s'empresse de souligner que, comme la mise en œuvre des cobots est plus facile qu'avec les robots industriels, leur utilisation s'étend au-delà de la fabrication pour inclure la transformation des aliments, activités d'entrepôt, applications de laboratoire et scientifiques.

Repenser l'automatisation

Nonobstant les applications étendues, c'est dans l'espace de fabrication traditionnel que les cobots résolvent le plus souvent le problème grave et omniprésent décrit ci-dessus :le manque de talents qualifiés et disponibles pour travailler dans l'usine. C'est ce qu'affirme Jim Lawton, directeur de l'exploitation chez le constructeur de cobots Rethink Robotics Inc. (Boston).

"Avec leur capacité à accomplir des tâches qui, jusqu'à présent, ne pouvaient être effectuées que par des humains, les cobots jouent un rôle clé dans le soulagement de cette douleur", a-t-il déclaré. "En outre, ils peuvent occuper des emplois que les travailleurs humains ne sont pas désireux d'accepter, y compris ceux qui sont fastidieux, ardus ou carrément dangereux, donnant aux employés la possibilité de passer à des rôles plus souhaitables."

Les robots industriels acceptent avec joie les sales boulots depuis des décennies. Qu'est-ce qui rend les cobots si spéciaux ? Lawton a proposé plusieurs arguments :

• Grâce à leur détection de force intégrée, les cobots sont parfaitement adaptés à l'assemblage électronique et aux travaux tout aussi délicats.
• Parce qu'ils ne nécessitent généralement aucune protection, ils sont également parfaitement adaptés à des tâches telles que l'emballage, les tests et l'inspection de produits, et en fait tout environnement où des humains sont présents.
• La capacité à déployer rapidement et facilement les cobots les rend idéaux pour les cycles de production courts et les changements fréquents, une tendance majeure dans le secteur manufacturier.
• Les cobots peuvent également travailler aux côtés de robots industriels plus grands, complétant ainsi leur travail.
• La plupart des cobots peuvent être entraînés en déplaçant simplement le bras pour montrer la tâche à accomplir. Aucune suite logicielle étendue n'est requise.
• Pour les fabricants saisonniers ou ceux qui constatent une grande variabilité de la demande des clients, les cobots offrent une ressource fiable et adaptable pour les périodes de pointe.

"Les cobots offrent aux fabricants la possibilité d'automatiser bien plus aujourd'hui que les années précédentes, ce qui leur permet de rester compétitifs et innovants, quel que soit le secteur", a déclaré Lawton. "En termes simples, ils sont fiables, efficaces et adaptables, et ils aident les entreprises à mieux réussir."

Marcher sur les pieds

Si vous vous demandez où votre boutique peut obtenir une partie de ce succès, il y a quelques points à garder à l'esprit avant de monter à bord du Cobot Express. Pour commencer, aucun directeur de production ou propriétaire de magasin ne souhaite voir ses employés se mutiner à propos d'une révolution robotique perçue. Lors de l'intégration de cette nouvelle technologie dans l'usine, il est important que les fabricants fassent savoir aux travailleurs en chair et en os que les cobots sont là pour les aider à faire leur travail, pas pour les remplacer.

La clé d'une intégration réussie des cobots commence également par la sélection de la bonne tâche. Comme le souligne Lawton, lorsqu'un cobot n'est pas utilisé ou apprécié, c'est presque toujours parce qu'il a été déployé sur la mauvaise tâche. "Les cobots ne sont pas destinés à répondre à tous les besoins d'automatisation, et certaines tâches sont mieux adaptées à la technologie que d'autres", a-t-il déclaré. "C'est là qu'il devient vraiment important pour un fabricant de travailler directement avec le fournisseur ou le distributeur de cobot dès le premier jour pour identifier la bonne application et s'assurer que le cobot sera utilisé de la meilleure façon possible. À partir de là, la mise en œuvre et l'intégration avec les processus existants sont fluides et transparentes. »

Se mettre au vert

Rick Maxwell, directeur de l'ingénierie pour l'industrie générale et le segment automobile chez FANUC America Corp. (Rochester Hills, MI), est d'accord, ajoutant qu'il est important d'évaluer le besoin de l'application pour fournir la bonne solution robotique. "Est-ce vraiment de nature collaborative, ou est-ce mieux adapté à un robot industriel traditionnel ?" il a dit. "La détermination de ce qui convient le mieux aux besoins du client est largement déterminée par les exigences de débit de l'opération, ainsi que par le poids et la complexité de l'objet ou de la pièce à manipuler."

Il y a le hic, quelque chose sur lequel les fans d'automatisation plus traditionnelle attirent rapidement l'attention :la plupart des cobots sont moins rapides que l'éclair. Comme l'a souligné Maxwell, les cobots sont mieux adaptés aux applications simples et directes de pick-and-place, et le font à un rythme lent et régulier. Cela changera presque certainement à mesure que la technologie des cobots s'améliorera, mais pour l'instant du moins, ne vous attendez pas à voir leur vitesse se rapprocher des mouvements ultra-rapides des robots industriels.

Mais ça va. La nécessité pour les personnes d'interagir en toute sécurité avec les machines dans les cellules de travail de fabrication est bien réelle, une activité rendue possible par la capacité d'un cobot à détecter un contact inattendu avec des objets dans sa zone de travail, éliminant ainsi les contraintes qui les empêchent de partager leurs postes de travail avec des personnes. Selon Maxwell, "C'est un avantage majeur en termes de sécurité et de coût, car cela permet au robot d'effectuer des tâches ardues et des opérations répétitives sans avoir besoin de barrières de sécurité industrielles coûteuses."

Qui achète ?

Comme d'autres constructeurs, FANUC reçoit un nombre croissant de demandes d'entreprises à la recherche d'une solution robotique collaborative. Assez ironiquement, une bonne part de ces demandes provient d'une source inattendue :de grands fabricants qui ont une vaste expérience des robots industriels. "Des opportunités d'applications robotiques collaboratives sont disponibles dans toutes les entreprises, grandes et petites", a déclaré Maxwell.

Nicolas De Keijser, responsable de la ligne d'activité assemblage et test chez ABB Robotics (Auburn Hills, MI), observe une tendance similaire. "Parce que les cobots sont généralement plus faciles à utiliser et moins coûteux à intégrer, ils sont très attrayants pour les petites ou moyennes entreprises, car ils rendent l'automatisation plus accessible", a-t-il déclaré. "Ainsi, par rapport aux robots traditionnels, l'utilisation des cobots est probablement plus uniforme dans l'ensemble du spectre de fabrication, dans les entreprises de toutes tailles."

Mis à part le pick-and-place, à quoi servent les cobots ? Sur la demande totale, De Keijser et Maxwell ont convenu que la part du lion de la croissance future devrait provenir du segment de la manutention, où les cobots sont utilisés pour emballer des pièces, palettiser des boîtes, des convoyeurs de charge, etc., bien que De Keijser ait ajouté que certains cobots sont particulièrement bien adaptés aux tâches d'assemblage complexes, y compris les composants petits ou délicats. Ils sont également très appréciés pour l'entretien des machines, le chargement et le déchargement des tours CNC et des centres d'usinage, par exemple, ou l'extraction de pièces finies de moules d'injection plastique.

Pas si vite

Quelle que soit l'application ou la taille de l'entreprise, les personnes habituées aux performances d'un robot industriel doivent être conscientes de plusieurs choses, a noté David M. Robers, directeur des ventes de robotique pour les Amériques chez Denso Robotics (West Chester, OH). "Les cobots sont souvent vendus dans des applications dans lesquelles ils n'ont rien à faire", a-t-il déclaré. "Oui, ils conviennent aux tâches basiques de pick-and-place et aux applications avec des temps de cycle relativement longs, mais la plupart ne peuvent pas rivaliser avec la vitesse et la précision d'un robot industriel traditionnel."

Leur nature collaborative peut également être surestimée. Selon Robers, "Si vous mettez un couteau au bout d'un cobot, ce n'est plus collaboratif. Si vous utilisez une pince qui a la capacité de pincer le doigt de quelqu'un, cela n'est pas considéré comme collaboratif. Qu'il s'agisse de notre produit ou de celui de quelqu'un d'autre, vous devez évaluer si la solution est vraiment sûre et ajouter la protection appropriée si nécessaire.

Il y a aussi le "et si" auquel penser. Les utilisateurs familiarisés avec la capacité d'un robot industriel à récupérer en cas de chute d'une pièce ou à se rétracter profondément à l'intérieur d'une pièce en cas de panne de courant, par exemple, peuvent être déçus si leur tout nouveau cobot a besoin d'une aide humaine pour résoudre une situation délicate. .

"Si vous avez beaucoup de temps de cycle, que vous n'avez pas besoin d'une répétabilité extrême et que les gens doivent être dans et autour de la zone de travail, alors ce sont des applications décentes pour un cobot", a déclaré Robers. "Sinon, je pourrais dire qu'un robot industriel est une meilleure solution, et selon les résultats de l'évaluation de la sécurité que tout client de robot devrait faire avant d'en acheter un, cela pourrait coûter moins cher à mettre en œuvre tout en offrant de meilleures performances. Il y a beaucoup de battage autour des cobots - les gens sont enthousiasmés par eux, et la théorie derrière eux est solide, mais c'est certainement un cas où les acheteurs devraient faire leurs devoirs."