L'industrie automobile améliore l'automatisation et adopte des technologies avancées

L'industrie automobile ajoute des robots plus sophistiqués, se tourne vers l'impression 3D et intègre d'autres technologies avancées.

L'industrie automobile américaine est automatisée depuis des décennies. La production de voitures et de camions est associée à de gros robots imposants isolés des employés humains. À l'intérieur de ces zones clôturées, des tâches telles que le soudage sont effectuées.

L'industrie, cependant, progresse sur le front de l'automatisation. Les constructeurs automobiles et les fournisseurs s'orientent vers l'utilisation de robots collaboratifs, appelés cobots. Ces appareils sont souvent plus petits, ont plus de dextérité et peuvent être déployés en toute sécurité aux côtés d'opérateurs humains.

De plus, l'industrie souhaite également étendre l'utilisation des imprimantes 3D. Les constructeurs automobiles tels que Ford Motor Co. et BMW AG travaillent directement avec les fabricants d'additifs concernant le déploiement de la technologie. Les entreprises utilisent également la réalité virtuelle et augmentée pour résoudre les problèmes de fabrication. Et, comme c'est le cas pour de nombreux autres constructeurs, l'industrie automobile veut tirer le meilleur parti de l'industrie 4.0, où les machines "connectées" communiquent entre elles et avec des opérateurs humains.

"La nouvelle automatisation diffère à bien des égards de ce à quoi ressemblait l'automatisation dans les années 1980", a déclaré Kristin Dziczek, vice-présidente de l'industrie, du travail et de l'économie au Center for Automotive Research (CAR) basé à Ann Arbor, dans le Michigan.

"De nos jours, l'automatisation ne consiste pas seulement à reproduire l'effort physique humain, mais aussi à le connecter à d'autres systèmes cyber et physiques à l'intérieur et à l'extérieur de l'usine", a déclaré Dziczek. "Cela signifie que les fabricants obtiennent plus de données de l'automatisation et plus de contrôle sur l'ensemble du système de fabrication, et pas seulement sur le contrôle des stations automatisées individuelles."

Un symbole des tendances de l'automatisation automobile est le nouveau centre de fabrication avancée de Ford dans la banlieue de Detroit à Redford, dans le Michigan. À l'intérieur, des imprimantes 3D et des cobots sont étudiés pour être utilisés dans l'usine. Les installations de réalité virtuelle et augmentée du centre sont un moyen pour les usines Ford du monde entier de faire face à des problèmes tels que la façon de stationner les équipements de production sur le sol de l'usine.

Ford a formé une organisation de fabrication de pointe en 2017, réunissant des employés de toutes les opérations de fabrication du constructeur automobile. Le groupe a identifié son site l'année dernière après le déménagement d'une entreprise industrielle dans un autre site de la région de Detroit.

"La Ford Motor Co. entretient une relation très mature avec l'automatisation", a déclaré Mike Mikula, ingénieur en chef de l'organisation mondiale de fabrication de pointe pour Ford. L'entreprise souhaitait accélérer sa technologie de fabrication, a-t-il déclaré.

Voici quelques-unes des façons dont l'automatisation et les nouvelles technologies évoluent dans l'industrie automobile.

L'impression 3D démarre

L'impression 3D, ou fabrication additive, consiste à imprimer couche par couche une pièce à partir d'une conception numérique. La technologie évolue vers l'impression de pièces plus grandes et l'impression de plus en plus avec divers types de métaux. L'aérospatiale investit dans les additifs depuis des années, car l'impression 3D permet de nouvelles conceptions et promet une utilisation plus efficace des métaux tels que le titane.

Cependant, l'industrie automobile a des volumes de production plus importants. Jusqu'à présent, l'adoption de l'impression 3D par les constructeurs automobiles et les fournisseurs a pris du retard par rapport à leurs homologues de l'aérospatiale.

"Les applications actuelles de l'impression 3D sont limitées aux outils, matrices, moules, gabarits, montages et certaines pièces à faible volume", a déclaré Dziczek de CAR. "Les véritables obstacles à une adoption plus large de l'impression 3D dans les automobiles et les pièces produites en série sont le temps de cycle, le coût et les coûts irrécupérables des processus actuels de formation de pièces basés sur l'emboutissage, le moulage et l'usinage. L'impression 3D doit s'accélérer et les coûts doivent baisser considérablement avant de voir des applications généralisées et à grand volume dans l'industrie automobile."

Néanmoins, le développement de la fabrication additive est en cours dans l'industrie automobile.

"Les progrès de la technologie de l'impression 3D créent en eux-mêmes une série de solutions qui n'étaient pas disponibles historiquement", a déclaré Mikula de Ford. Les améliorations incluent "la vitesse à laquelle nous pouvons imprimer et avec les matériaux avec lesquels nous pouvons imprimer. L'introduction de polymères renforcés de fibres de carbone (CFRP), de plastiques avancés et certainement de métal a radicalement changé les applications potentielles du point de vue de ce qu'est "l'art du possible".

"Lorsque vous combinez cela avec" une capacité de calcul accrue, a-t-il poursuivi, "vous laissez le logiciel vous aider à concevoir la pièce. Il ne nécessite pas le même niveau d'effort d'ingénierie et de délai pour vous fournir une solution principale qui répond à toutes vos exigences. Donc, à la fois en termes de ce que nous pouvons imprimer et de la vitesse à laquelle nous pouvons les imprimer… cela fait de l'impression 3D une technologie très intrigante. Notre objectif ici est certainement d'en tirer parti du point de vue de fournir à nos processus de fabrication l'outillage et les aides à l'assemblage dont ils ont besoin pour être plus robustes et potentiellement surmonter certains des défis technologiques associés à l'impression 3D."

Auparavant, Ford a collaboré avec Stratasys Ltd. sur des prototypes d'imprimantes 3D pour produire de grandes pièces. Le constructeur automobile, basé à Dearborn, dans le Michigan, est également un investisseur, avec BMW, dans Desktop Metal, une société de fabrication additive basée à Burlington, dans le Massachusetts. Ken Washington, directeur de la technologie de Ford, siège au conseil d'administration de Desktop Metal.

Ford et BMW "savent que cela arrive", a déclaré Jonah Myerberg, directeur de la technologie et co-fondateur de Desktop Metal. "Ils sont pressés. Il reste encore quelques années avant d'être vu à travers un véhicule. »

Myerberg a déclaré que l'impression 3D s'étendra probablement au-delà des moules et des gabarits, mais il y a beaucoup d'incertitude.

"Vous ne pouvez pas simplement regarder une zone du véhicule", a-t-il déclaré. « Il faut regarder l'ensemble du véhicule. Ce que nous essayons de faire, c'est de leur ouvrir les yeux sur ce que nous considérons comme les principaux avantages de l'impression 3D. » Le dirigeant de Desktop Metal a déclaré que les constructeurs automobiles pourraient pousser la technologie vers leurs principaux fournisseurs.

"Il se passe beaucoup de choses dans les coulisses dont ces ingénieurs ne parleront pas", a déclaré Myerberg. "Nous n'avons qu'une petite idée de la manière dont nos clients vont utiliser ces imprimantes."

En septembre, HP Inc. a présenté une nouvelle technologie d'impression 3D appelée HP Metal Jet, destinée à la production de masse de pièces en acier. Volkswagen AG a l'intention d'utiliser la technologie HP Metal Jet pour produire des véhicules électriques dans les années 2020, selon HP. Les véhicules électriques ont moins de pièces mobiles que les moteurs à combustion interne conventionnels. Par conséquent, les véhicules électriques peuvent être une opportunité pour développer la fabrication additive dans l'industrie automobile.

Robots collaboratifs

Les robots ont été l'un des premiers exemples d'automatisation dans les ateliers de l'industrie automobile.

Les premières étapes de l'adoption des robots consistaient à effectuer des tâches dangereuses et répétitives, a déclaré Lou Finazzo, directeur général, marchés de l'automobile et des composants pour FANUC America Corp., Rochester Hills, Michigan. De nombreux robots étaient utilisés pour souder les carrosseries de voitures et de camions.

"Les humains étaient restrictifs dans ce que l'industrie automobile pouvait vraiment évoluer du côté de la carrosserie", a-t-il déclaré. Il était difficile pour les opérateurs humains de manipuler "ces gros pistolets à souder géants" et d'atteindre aveuglément à travers le véhicule et d'appliquer de nombreux points de soudure "dont vous ne saviez pas s'ils étaient bons ou mauvais.

"Une fois que la technologie robotique a décollé, ils ont pu concevoir des véhicules un peu différemment, [avec] un assemblage plus complexe", a-t-il poursuivi. "De plus, le fait d'avoir une meilleure boucle de contrôle sur la qualité, qui leur a permis de réduire réellement la quantité de soudure et de composants structurels, a fait évoluer l'assemblage des véhicules jusqu'à ce que nous en sommes aujourd'hui. C'étaient les premières étapes."

Aujourd'hui, les robots et l'automatisation subventionnent la main-d'œuvre, et il y a des pénuries de main-d'œuvre pour les fabricants et les fournisseurs, selon Finazzo.

"Alors maintenant, vous pouvez prendre une personne et cette personne peut être responsable de quatre, cinq [robots] collaboratifs et vous avez en fait augmenté leur efficacité… Lorsque nous parlons aux constructeurs automobiles traditionnels, la flexibilité requise est bien plus qu'auparavant. dans le passé », a-t-il déclaré.

Les robots collaboratifs se font remarquer dans l'industrie automobile. "Deux facteurs clés qui motivent l'intérêt de l'industrie automobile pour les robots collaboratifs sont la vitesse et le coût", a déclaré Darrell Paul, responsable marketing pour la robotique et le contrôle de mouvement chez Omron Automation Americas, Hoffman Estates, Illinois. « Les robots collaboratifs peuvent être mis en œuvre plus rapidement et dans les environnements de fabrication existants. Ces robots ont également la capacité de travailler avec des cellules de fabrication et des opérateurs existants, ce qui élimine le besoin de coûts structurels ou d'infrastructure supplémentaires."

La société a présenté son nouveau cobot TM Series au CES de cette année à Las Vegas. Selon Omron, le robot, qui dispose d'un système de vision, permet des démarrages et des changements rapides. Omron affirme également que le logiciel du robot lui permet d'être formé à différentes tâches.

Au centre de fabrication avancée de Ford, il y a des robots fabriqués par FANUC, ABB, Universal Robots et KUKA Robotics.

"Une grande partie du travail effectué dans nos usines ne nécessite pas un robot industriel qui a le niveau de portée et de charge utile que les robots industriels traitent essentiellement", a déclaré Mikula de Ford. "Les robots collaboratifs offrent une petite empreinte de fabrication, et ils peuvent être intégrés en toute sécurité dans et parmi nos techniciens et nos installations sans avoir à construire une infrastructure importante" de protection.

« Avec un robot collaboratif, vous pouvez avoir une solution beaucoup plus simple; [vous pouvez] apporter le travail au robot afin que le robot puisse effectuer le travail en toute sécurité et le faire de manière fiable », a poursuivi Mikula.

"Nos installations de fabrication coûtent très cher à modifier", a-t-il déclaré. « Le contenu de nos véhicules ne cesse d'augmenter. L'effort [requis] pour assembler les moteurs, les transmissions, les batteries et les véhicules continue d'augmenter avec le temps. Donc, là où nous pouvons intégrer ce contenu supplémentaire et introduire l'automatisation pour le faire... pour nous assurer que nous offrons à nos consommateurs le produit de la plus haute qualité possible à un prix abordable, c'est là que les robots collaboratifs entrent vraiment dans l'équation. 

Du point de vue des vendeurs de robots, il y a beaucoup de pression pour être performant.

"Avec l'automobile, la rapidité de mise sur le marché est très importante", a déclaré Finazzo. « Il y a dix ans, [cela] aurait été un énorme succès de lancer un nouveau camion en 18 mois. Maintenant, ils se disent :"wow, nous devons le faire en 12 mois". Donc, la vitesse de mise sur le marché est un gros problème."

Les vendeurs automobiles s'ajustent

Certains constructeurs automobiles se sont adaptés à l'utilisation accrue des cobots et à l'accélération du rythme.

Inficon, basée à Bad Ragaz, en Suisse, fabrique des dispositifs d'inspection automobile pour les systèmes automobiles. L'entreprise a vu ses équipements déployés avec des robots collaboratifs plus petits. Les appareils Inficon sont utilisés pour détecter les fuites d'humidité ou de gaz. Avec les robots collaboratifs, Inficon a plus de possibilités de connecter ses appareils à des robots. Les produits Infincon sont désormais utilisés pour détecter l'humidité dans les systèmes des véhicules électriques.

"C'est quelque chose sur lequel nous travaillons depuis cinq à sept ans", a déclaré Thomas Parker, directeur des ventes automobiles pour l'Amérique du Nord d'Inficon.

Les robots collaboratifs facilitent le déploiement des appareils Inficon. "Nous faisons beaucoup d'éducation aux clients sur ce qui est possible avec un robot collaboratif, ce qui est possible avec un robot à six axes. Il y a beaucoup d'éducation de la part de mon équipe."

Hydromat Inc., un fabricant de machines-outils dont les clients incluent des clients automobiles, s'est adapté aux tendances de l'industrie.

Avec Hydromat, "l'automatisation est devenue plus interactive", a déclaré Kevin Shults, directeur du marketing pour la société basée à Maryland Heights, dans le Missouri. « Pour les travailleurs, les systèmes sont devenus plus interactifs entre les opérateurs et les machines-outils qu'ils utilisent. La programmation à la machine est plus banale.”

Les changements dans l'industrie automobile signifient "des changements plus fréquents", a déclaré Shults. "Les changements doivent être plus rapides."

Shults a ajouté :"L'automatisation est essentielle dans la quête d'offrir à nos clients automobiles les familles multi-pièces qui leur apportent diversité et bénéfices."

Les travailleurs s'ajustent

Des efforts sont en cours pour améliorer les compétences des travailleurs à mesure que l'industrie automobile devient plus sophistiquée.

AIDT, le programme de formation de la main-d'œuvre de l'Alabama, tente d'intensifier ses efforts de formation des travailleurs à mesure que l'emploi dans l'industrie automobile devient plus sophistiqué. Les employés des usines se rendent dans les installations d'AIDT à Tanner, en Alabama, près de Huntsville pour des sessions de formation.

L'Alabama abrite plusieurs usines d'assemblage de véhicules. L'État possède également des usines aérospatiales. En conséquence, l'Alabama tente d'améliorer sa formation en fabrication. En janvier, une délégation de l'Alabama a visité le siège de Detroit de Lightweight Innovations For Tomorrow (LIFT),
l'institut Manufacturing USA qui rassemble des entreprises et des universitaires pour améliorer la technologie d'allègement pour la fabrication.

« L'Alabama [est] en train d'évoluer dans le domaine de la fabrication », a déclaré Kristi Bain, directrice adjointe d'AIDT.

"Nous devons travailler dans un scénario de fabrication avancée", a déclaré Ed Castle, secrétaire adjoint au commerce de l'Alabama au sein de la commission de développement de la main-d'œuvre de cette agence. « Pour nous, c'est une équation simple. Quel est le besoin et comment définissez-vous ce besoin ?"

Mikula de Ford a déclaré que ces tendances reflètent à quel point la fabrication automobile est plus attrayante qu'elle ne l'était autrefois.

"C'est un endroit vraiment excitant", a-t-il déclaré. "C'est un endroit vraiment amusant."