L'essor de la robotique avancée dans la fabrication industrielle

Rahav Madvil et Noam Ribon, Siemens examinent l'essor de la robotique avancée dans la fabrication industrielle...

La personnalisation et la flexibilité sont actuellement deux des mots les plus en vogue dans la fabrication industrielle. Les clients veulent quelque chose fait juste pour eux, qu'il s'agisse d'un après-rasage personnalisé avec leur nom sur la bouteille, d'un véhicule avec toutes les fonctionnalités dont ils ont besoin et aucune dont ils n'ont pas besoin, ou d'un nouveau téléphone avec la dernière antenne radio pour la connectivité 5G. Toute cette personnalisation mène à une conclusion :la fabrication évolue vers une production à haut mix et fabrique des millions de produits différents en très petits lots.

Dans le même temps, de nombreux produits fabriqués aujourd'hui sont beaucoup trop compliqués pour les seules technologies d'automatisation établies, obligeant les fabricants à augmenter la robotique traditionnelle avec un assemblage manuel par des travailleurs humains. Les gens sont appréciés pour leur capacité à comprendre et à rendre compte très rapidement des changements dans un processus. Et si cette flexibilité était incluse dans des processus automatisés ?

Un système de production flexible et automatisé (voire autonome) est le Saint Graal pour de nombreux fabricants souhaitant relever le défi de la complexité croissante des produits et répondre simultanément aux demandes de plus grande personnalisation. La possibilité de passer rapidement de la production d'un produit à un autre sera une caractéristique déterminante des entreprises sur la voie des tailles de lot d'un produit et des produits hautement personnalisables de demain.

Les petites tailles de lots ne sont pas intrinsèquement un problème, mais les processus de production actuels ne peuvent pas facilement s'adapter à cela sans de gros investissements dans une infrastructure de plus en plus complexe. Pour éviter ce problème d'investissements exponentiels, qui peuvent ou non résoudre le problème, de nombreuses entreprises recherchent une approche plus flexible de la production. Comment les fabricants peuvent-ils fabriquer efficacement plusieurs produits avec un minimum de modifications de l'atelier de production entre les produits ?

La robotique avancée est la réponse, et de nombreuses entreprises sont déjà sur la voie de l'adoption.

Le parcours de la robotique avancée

De nombreux étages d'usines s'appuient sur des réseaux de tapis roulants pour tout transporter, des matières premières aux produits finis. Mais ces réseaux n'ont pas été conçus pour gérer des milliers de produits différents allant vers les emplacements en constante évolution nécessaires dans un processus de fabrication multi-produits. Et si un système de convoyeur pouvait changer ? Peut-être changer de chemin pour éviter les zones encombrées dans une usine ? Ou changer de destination pour livrer une pièce à la station d'usinage optimale ?

C'est le genre de problèmes que la robotique avancée résout avec l'utilisation de véhicules guidés automatisés (AGV) et de robots mobiles autonomes (AMR) en tandem avec une plate-forme de développement de logiciels, de solutions et d'applications avancées.

En règle générale, l'objectif de l'utilisation des robots est de livrer le matériel d'un point A à un point B avec une relative facilité. Mais ce n'est pas aussi simple que d'introduire des AGV ou des AMR dans une installation. Une grande partie de la valeur de l'investissement provient de l'optimisation et de la coordination des technologies robotiques avancées. D'après notre expérience, aider les entreprises à adopter la robotique avancée dans leurs processus de fabrication est un parcours en quatre étapes.

Première étape, ou le participant stade, est défini par l'utilisation de robotique d'automatisation fixe ou de technologies similaires où la plupart des opérations sont programmées manuellement. Toute la planification des processus est effectuée par un humain, éventuellement à l'aide d'un logiciel, et les tâches sont ensuite attribuées à des robots spécifiques pour fonctionner à des endroits et à des moments spécifiques. Cette approche fonctionne bien lors de la production de gros volumes, lorsque les changements ou modifications d'une ligne de production sont réduits au minimum. Étant donné que chaque action d'un robot est explicitement spécifiée à ce stade, le robot doit être mis hors ligne lorsque des modifications sont nécessaires et reprogrammé manuellement. Cela impacte négativement les délais de production.

La deuxième étape est pour les vétérans et est l'étape la plus courante aujourd'hui pour les fabricants industriels. Il se caractérise par l'utilisation du jumeau numérique pour la validation complète du système et pour la construction d'algorithmes de contrôle pour l'ensemble de la chaîne de production. L'utilisation d'un jumeau numérique de fabrication fournit des informations approfondies sur la manière de procéder aux étapes ultérieures du parcours en permettant la simulation de l'ensemble de l'installation. Des améliorations significatives de la productivité à ce stade peuvent être obtenues en mettant à jour simultanément plusieurs robots exécutant les mêmes contrôleurs logiques programmables, ce qui réduit les temps d'arrêt sur le site de production.

Progresser vers le troisième ou Pionnier étape, les fabricants peuvent commencer à automatiser davantage le processus de production. S'appuyant sur les informations tirées du jumeau numérique et complétées par les commentaires des capteurs IoT, la programmation basée sur les tâches peut être mise en œuvre pour les robots dans l'ensemble de l'installation. Cela réduit considérablement le temps nécessaire à la programmation des robots pour s'adapter à une modification de conception ou de processus. Des commandes simples peuvent être utilisées pour ajuster automatiquement le robot en fonction d'un étalonnage en boucle fermée entre l'environnement physique et le jumeau numérique.

La dernière étape, appelée Visionnaire stade, est celui où les initiatives de robotique avancée deviennent hautement autonomes, offrant une autonomie quasi complète des robots. C'est également là que les AGV et les AMR deviennent très efficaces, remplaçant les bandes transporteuses statiques et un chemin de processus linéaire par une robotique mobile avancée. Désormais, les changements de production peuvent presque être aussi simples que de saisir le nombre de produits requis et le nombre de variations nécessaires. À partir de ces informations, le système déterminera le chemin optimal pour produire le lot souhaité.

Le logiciel détermine maintenant combien de pièces sont nécessaires dans la salle de stockage B, par exemple, ou quelle station d'usinage sera en mesure d'accélérer le plus rapidement pour produire le lot. Et, si le choix principal est en panne pour la maintenance, quelle est la meilleure option suivante. Les limites de cela ne s'arrêtent pas aux murs de l'usine. Les avantages s'étendent au-delà pour inclure les fournisseurs et les distributeurs, aidant à produire la charge de travail la plus efficace pour l'usine.

L'étape visionnaire est le point optimal pour la mise en œuvre des AGV et des AMR, grâce à des simulations d'usine complètes. Mais la robotique avancée peut être introduite à des stades plus précoces pour exécuter des tâches plus simples que la planification de la production. Certaines entreprises ont adopté les AGV et les AMRS comme chariots de prélèvement semi-autonomes pour les entrepôts, où le robot suit et assiste un travailleur humain.

Selon la façon dont l'usine est gérée, il existe une infinité de façons d'optimiser l'installation. C'est pourquoi l'investissement dans le jumeau numérique complet est si important pour ce voyage. Il permet de mieux comprendre le fonctionnement d'une usine, ce qui permet d'investir en toute confiance dans l'avenir de l'entreprise. La robotique avancée fait partie du portefeuille de logiciels, de solutions et de plate-forme de développement d'applications Xcelerator de Siemens où aujourd'hui rencontre demain pour la fabrication industrielle.

Par :Rahav Madvil, responsable des produits de simulation pour Siemens Digital Industries Software, et Noam Ribon, consultant commercial senior pour Siemens Digital Industries Software.