Robotique avancée : transformer la fabrication industrielle pour plus de flexibilité

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

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

En même temps, de nombreux produits fabriqués aujourd'hui sont bien trop compliqués pour les technologies d'automatisation établies seules, forçant les fabricants à augmenter la robotique traditionnelle avec de l'assemblage manuel par de la main-d'œuvre humaine. Les gens sont valorisés pour leur capacité à comprendre et tenir compte des changements dans un processus très vite. Mais quoi si cette flexibilité était incluse dans les processus automatisés ?

Un système de production flexible et automatisé (même autonome) est le Saint Graal pour de nombreux fabricants souhaitant surmonter le défi de la complexité croissante des produits et répondre simultanément aux demandes de plus grande personnalisation. La capacité de changer rapidement la production d'un produit à un autre sera une caractéristique définissante des entreprises sur la voie des lots de taille un et des produits hautement personnalisables de demain.

Les petits lots ne sont pas intrinsèquement un problème, mais les processus de production actuels ne peuvent pas facilement accommoder cela sans investissements massifs 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 cherchent une approche plus flexible de la production. Comment les fabricants peuvent-ils fabriquer plusieurs produits efficacement avec des changements minimaux au sol 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 sols d'usine reposent sur des réseaux de convoyeurs pour transporter tout, de la matière première aux produits finis. Mais ces réseaux n'ont pas été conçus pour gérer des milliers de produits différents allant vers des emplacements constamment changeants nécessaires dans un processus de fabrication multi-produits. Et si un système de convoyeur pouvait changer ? Peut-être changer de chemins pour éviter les zones congestionnées dans une usine ? Ou changer de destinations pour livrer une pièce à la station d'usinage optimale ?

Ce sont les genres de problèmes que la robotique avancée résout avec l'utilisation de véhicules à guidage automatique (AGV) et de robots mobiles autonomes (AMR) en tandem avec une plateforme de développement d'applications, solutions et logiciels avancés.

Typiquement, l'objectif d'utiliser les robots est de livrer du matériel du point A au point B avec une relative aisance. Mais ce n'est pas aussi simple que d'introduire juste des AGV ou AMR dans une installation. Une grande partie de la valeur d'investissement vient de l'optimisation et de la coordination des technologies robotiques avancées. Dans notre expérience, aider les entreprises à adopter la robotique avancée dans leurs processus de fabrication est un parcours en quatre étapes.

Étape 1, ou l'étape « Entrant », est définie par l'utilisation de robotiques d'automatisation fixe ou technologies similaires où la plupart des opérations sont programmées manuellement. Toute la planification de processus est faite par un humain, éventuellement avec l'aide de logiciels, et les tâches sont ensuite assignées à des robots spécifiques pour fonctionner à des emplacements et moments spécifiques. Cette approche fonctionne bien quand on produit de gros volumes, quand les changements ou modifications d'une ligne de production sont maintenus au minimum. Puisque chaque action d'un robot est explicitement spécifiée à cette étape, le robot doit être mis hors ligne quand des changements sont requis et reprogrammé manuellement. Cela impacte négativement les temps de production.

La deuxième étape est pour les « Vétérans » et est l'étape la plus commune aujourd'hui pour les fabricants industriels. Elle est caractérisée par l'utilisation du jumeau numérique pour la validation complète du système et pour construire des algorithmes de contrôle pour toute la ligne de production. L'utilisation d'un jumeau numérique de fabrication fournit des insights profonds sur comment procéder dans les étapes ultérieures du parcours en permettant la simulation de l'installation entière. Des améliorations de productivité significatives à cette étape peuvent être atteintes en mettant à jour concurremment plusieurs robots fonctionnant sur les mêmes contrôleurs logiques programmables, réduisant les temps d'arrêt sur le sol de production.

En progressant vers la troisième ou étape « Pionnier », les fabricants peuvent commencer à automatiser plus du processus de production. Construit sur les insights appris du jumeau numérique et augmentés avec le retour des capteurs IoT, la programmation basée sur les tâches peut être implémentée pour les robots à travers l'installation. Cela réduit grandement le temps nécessaire pour programmer les robots pour accommoder un changement de design ou de processus. De simples commandes peuvent être utilisées pour ajuster automatiquement le robot basé sur une calibration en boucle fermée entre l'environnement physique et le jumeau numérique.

L'étape finale, appelée l'étape « Visionnaire », est où les initiatives de robotique avancée deviennent hautement autonomes, livrant une autonomie quasi complète des robots. C'est aussi où les AGV et AMR deviennent hautement efficaces, remplaçant les convoyeurs statiques et un chemin de processus linéaire avec de la robotique mobile avancée. Maintenant, les changements de production peuvent presque être aussi simples que d'entrer le nombre de produits requis et combien de variations sont nécessaires. De cette information, le système déterminera le chemin optimal pour produire le lot désiré.

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

L'étape Visionnaire est le point optimal pour implémenter les AGV et AMR, grâce aux simulations d'usine complètes. Mais la robotique avancée peut être apportée aux étapes plus tôt pour exécuter des tâches plus simples que la planification de production. Certaines entreprises ont adopté des AGV et AMR comme chariots de prélèvement semi-autonomes pour les entrepôts, où le robot suit et assiste un travailleur humain.

Selon comment l'usine est gérée, il y a des façons presque infinies d'optimiser l'installation. C'est pourquoi l'investissement dans le jumeau numérique complet est si important pour ce parcours. Il permet des insights plus profonds sur comment une usine fonctionne, aidant à investir en confiance dans l'avenir de l'entreprise. La robotique avancée fait partie du portefeuille Xcelerator de Siemens de logiciels, solutions et plateforme de développement d'applications où aujourd'hui rencontre demain pour la fabrication industrielle.

Par : Rahav Madvil, Responsable Produit Simulation pour Siemens Digital Industries Software, et Noam Ribon, Consultant Senior Business chez Siemens Digital Industries Software.