Renforcer l'intelligence et la sécurité des robots dans la fabrication

La pandémie met en lumière une triste réalité de la fabrication : les humains tombent malades

Le COVID-19 a enseigné aux fabricants une leçon précieuse : quand les humains sont malades, les machines-outils et équipements restent à l'arrêt. Certes, ils le savaient déjà, tout comme ils savaient que les employés prennent des pauses déjeuner et des vacances, arrivent en retard parce que leur voiture ne démarre pas, et partent travailler chez le concurrent d'en face pour cinquante centimes de plus de l'heure. Pour ces raisons, parmi d'autres, les propriétaires et directeurs d'ateliers font face depuis longtemps à une pression pour automatiser ; maintenant, face à une pandémie mondiale, ils s'y précipitent.

« Les États-Unis luttent depuis des années contre une pénurie de main-d'œuvre qualifiée, mais la dépendance aux opérateurs humains est devenue particulièrement difficile récemment », déclare Mark Sumner, vice-président des ventes et du marketing chez Acieta LLC, fournisseur d'automatisation industrielle à Waukesha, Wisconsin. « Depuis des ans, nous recevons des appels de fabricants disant : "J'envisage l'automatisation. Dites-moi comment cela pourrait améliorer nos résultats." Depuis le COVID-19, cela a changé en : "Nous avons besoin de robots. Comment démarrer ?" »

La nouvelle norme

Il y a de nombreuses raisons à ce changement, explique-t-il. Considérez les ateliers d'usinage et de tôlerie dans un monde nerveux face à la transmission virale. Dans ces environnements, les machines-outils sont généralement assez éloignées les unes des autres pour que la distanciation sociale ne pose pas problème. Mais qu'advient-il à l'heure du déjeuner, quand les ouvriers se regroupent pour partager leurs histoires de week-end au lac, ou se plaindre de la performance de leur équipe de sport favorite ?

Et quel impact le port obligatoire du masque aura-t-il sur le moral des employés, sans parler des barrières en plexiglas, des contrôles de température à l'entrée, et des panneaux rappelant de rester à deux mètres de distance ? Qu'en est-il de l'arrêt inévitable quand un collègue teste positif ? Avec de la chance, tout cela sera temporaire. Peut-être que les immunologistes développeront rapidement un vaccin, et que d'ici un an, nous pourrons considérer 2020 comme une anomalie. Mais que se passe-t-il si aucun vaccin n'arrive ? Et la prochaine pandémie ? De telles questions donnent aux fabricants matière à réflexion, et beaucoup disent : « Assez, automatisons partout où c'est possible. »

La bonne nouvelle ? Le faire est désormais plus facile que jamais. Sumner note que la distanciation sociale signifie plus d'espace pour positionner des robots entre collègues, tandis que Steve Alexander, vice-président des opérations d'Acieta, ajoute que les systèmes de vision et autres capacités avancées ont un effet positif sur le coût et la flexibilité des robots.

« Un nombre croissant de clients utilisent des caméras pour localiser des pièces placées aléatoirement, que ce soit sur une palette, une étagère ou un convoyeur », dit-il. « Le robot peut déterminer son orientation, saisir la pièce, et aussi détecter si une caractéristique existe — un trou percé, par exemple, ou un code-barres — et prendre des décisions en conséquence. Cela réduit le besoin de bridage et son coût associé, tout en rendant les robots plus faciles à déployer. »

Voir clair avec les caméras

Le système de vision le plus populaire d'Acieta est iRVision de FANUC, qu'Alexander explique être une option sur tout robot FANUC. Pourtant, il souligne rapidement que des caméras tierces et OEM sont disponibles pour pratiquement n'importe quelle marque de robot, quel que soit son âge. La question de déterminer comment vous allez utiliser une caméra est souvent la partie la plus difficile de l'équation vision.

« Il y a définitivement de l'ingénierie impliquée », dit-il. « Vous devez établir la disposition physique correcte, le champ de vision, l'éclairage approprié, etc. Et côté logiciel, vous devez enseigner au robot, en corrélant ce que la caméra voit et comment ces images se rapportent à la tâche. Ce n'est pas aussi simple que de visser une caméra. »

Quelqu'un qui connaît bien ce sujet est Dave Bruce, responsable de l'ingénierie et expert en vision robotique chez FANUC America Corp., à Rochester Hills, Michigan. Lui et son collègue Greg Buell — expert en cobots et ingénieur senior pour le segment manutention de FANUC — conviennent que les systèmes de vision deviennent plus populaires et performants, mais avertissent que leur utilisation demande des devoirs supplémentaires.

« La vision a fait d'énormes progrès ces dernières années », déclare Bruce. « Nous l'avons disponible sur nos trois dernières générations de contrôleurs, et pour les deux dernières, nous avons fortement poussé la vision 3D (3DV), qui utilise des caméras à nuage de points très rapides pour cartographier l'environnement du robot. Nous anticipons que l'utilisation des robots industriels et collaboratifs augmentera considérablement dans les prochaines années. »

Une autre technologie est la détection de force, une capacité qui rend les robots à la fois plus sûrs et plus performants. Le Force Control de FANUC, par exemple, est souvent utilisé conjointement avec les produits de vision de l'entreprise pour effectuer des opérations d'ébavurage et d'assemblage ; ces tâches deviennent encore plus faciles lorsqu'elles sont soutenues par des logiciels intelligents. « Nous avons un autre produit appelé Intelligent Deburr », dit Buell. « Il permet aux utilisateurs de télécharger un dessin CAO de la pièce, et le logiciel génère le meilleur chemin de mouvement pour l'ébavurer. C'est ce niveau d'intelligence artificielle qui aide les fabricants à obtenir le ROI le plus rapide possible sur leur investissement en automatisation. »

Décisions en temps réel

À moins d'être de ceux qui craignent une future prise de pouvoir robotique sur la race humaine, l'intelligence artificielle déterministe (IA) est peut-être le segment le plus excitant de l'industrie de l'automatisation. Car les robots équipés d'IA ne sont pas seulement plus performants, ils sont bien moins coûteux à exploiter.

« 40 % des coûts permanents d'un robot résident dans sa programmation », affirme Jason Barton, directeur commercial de Realtime Robotics Inc., basé à Boston. « L'IA peut réduire ce coût jusqu'à 70 %. Realtime Robotics y parvient en automatisant le processus de programmation robotique pour déterminer le moyen le plus efficace d'aller du point A au point B, puis en générant un programme en conséquence. » De plus, le système peut modifier dynamiquement ce programme au fur et à mesure que certaines conditions surviennent, une technologie pas si différente de celle utilisée par les véhicules autonomes pour naviguer en ville.

« Avant d'avoir le GPS dans nos voitures et téléphones, les conducteurs imprimaient des itinéraires détaillés pour les lieux inconnus », explique Barton. « Mais s'il y avait une fermeture de route ou un embouteillage, vous étiez coincé car vous n'aviez aucun moyen de changer votre itinéraire à la volée. C'est ainsi que fonctionne la programmation conventionnelle pour les robots aujourd'hui. Vous devez programmer chaque point de passage individuel pour chacun des mouvements nécessaires pour un robot donné, et si vous avez plusieurs robots travaillant ensemble, vous devez les programmer chacun pour qu'ils travaillent en harmonie. C'est une tâche ardue, chronophage, que nous sommes capables d'éliminer. »

Les robots auto-programmables conscients de leur environnement seront probablement un changement de jeu, au point que Realtime Robotics s'est associé à plusieurs fabricants de robots, dont Mitsubishi Electric Automation Inc., à Vernon Hills, Illinois. Adam Welch, responsable produit robotique chez Mitsubishi, note que les systèmes de vision 3D sophistiqués comme ceux-ci aident à garantir que tous les robots au sein d'une cellule ou zone de travail fonctionneront efficacement, spatialement conscients de leur position actuelle et de leur position future prévue.

Évaluation des risques et capacités

« Nous utilisons cette technologie pour une variété d'applications robotiques à haute densité, y compris dans les industries automobile et agroalimentaire », déclare Welch. « Parce que le système comprend intuitivement les rôles et responsabilités de chaque robot, il est capable de créer une hiérarchie, indiquant que le robot numéro un a la priorité sur le robot numéro deux, et ainsi de suite. Il gère même des processus de fabrication très stricts assez efficacement, sans besoin de programmation avancée. »

Bien sûr, cela ne signifie pas que les systèmes de programmation traditionnels et équipements de sécurité vont disparaître de sitôt. Ben Sagan, responsable développement commercial chez Mitsubishi Electric Automation, suggère que sa solution MELFA SafePlus complète la gamme de robots industriels de l'entreprise en s'interfaçant avec une variété d'équipements de sécurité. Ceux-ci incluent des scanners de zone, rideaux lumineux et tapis de sécurité, qui tous servent à réduire la vitesse du robot ou limiter son mouvement en fonction du retour de ces accessoires.

Pour ceux qui pensent : « Super, débarrassons-nous de ces grandes cages moches et remplaçons-les par des systèmes comme ceux-ci », pas si vite. Comme leurs homologues dans l'industrie, les deux experts affirment que les clients doivent subir une évaluation des risques avant de déployer n'importe quel robot. « C'est vrai même avec les robots collaboratifs », ajoute-t-il, soulignant que Mitsubishi Electric Automation lancera son premier cobot — le MELFA ASSISTA — cet automne. « Il est crucial que les fabricants analysent toute application robotique en relation avec la disposition de la cellule, les machines-outils, les convoyeurs et tout autre équipement de manutention, et la quantité d'interaction humaine qu'il y aura », dit Sagan.

La pandémie accélère l'automatisation

Joe Campbell est pleinement d'accord avec l'idée de plus de cobots. Le responsable senior du marketing stratégique et du développement d'applications chez Universal Robots USA Inc., à Ann Arbor, Michigan, dit que les fabricants doivent adopter la robotique — collaborative ou non — le plus vite possible. « Même avant la pandémie, la situation était limpide », dit-il. « Au moins 500 000 emplois manufacturiers n'étaient pas pourvus. Plus de 10 000 baby-boomers partaient à la retraite chaque jour, et 27 % de la main-d'œuvre manufacturière avait 55 ans ou plus. Et le dernier argument en faveur de plus d'automatisation ? La volonté des milléniaux et autres jeunes à entrer dans les métiers était au plus bas. »

Cette situation seule a été un moteur constant pour l'automatisation, note Campbell. Maintenant, ajoutez une pandémie mondiale. En conséquence, des ateliers de toutes tailles commencent à acheter des cobots et robots, les intercalant avec leur main-d'œuvre humaine distancée socialement pour remonter au niveau d'avant la pandémie. Avec cela vient un désir de relocaliser là où c'est possible, nivelant le terrain du faible coût de main-d'œuvre avec des robots plus intelligents et plus performants.

Un exemple est ActiNav d'Universal Robots, un système de prélèvement en bac autonome lancé en avril dernier. Contrairement aux préleveurs de bac trouvés dans les entrepôts e-commerce et centres de fulfillment qui sont essentiellement des solutions « prélever et déposer », ActiNav est ce qu'Universal Robots appelle « prélever et placer ». Il est dit assez précis pour le chargement de machines CNC, et assez intelligent pour prélever des objets placés aléatoirement même dans des bacs très profonds. Une grande partie de cette capacité est due à une autre première pour l'entreprise, un système de vision haute résolution fourni par Photoneo Inc., Erlanger, Kentucky, avec un logiciel développé en interne par Universal Robots.

« C'est là la vraie magie derrière ActiNav », dit Campbell. « Avec le prélèvement en bac traditionnel, vous devez programmer tous les scénarios différents, ce qui est pratiquement impossible dans un bac rempli de petites pièces métalliques. Avec ActiNav, vous lui montrez la pièce, le bac, et où vous voulez que les pièces aillent, et le logiciel fait le reste. C'est assez simple pour configurer une nouvelle pièce from scratch en deux à quatre heures, ce qui pourrait autrement prendre quelques mois. »

Se déplacer en sécurité

Selon Campbell, le COVID-19 a enfin montré à tous ce qui arrive quand on laisse sa fabrication partir ailleurs. « Il suffit d'une pandémie ou perturbation similaire et vous êtes arrêté », dit-il. « À cause de cela, les entreprises partout veulent ramener le travail en interne, et le faire maintenant. Grâce à la pénurie de main-d'œuvre, cependant, la seule façon de le faire efficacement est avec une automatisation flexible, facile à déployer, facile à programmer et opérer, et, avec les bons protocoles de sécurité, utilisable aux côtés des travailleurs humains. Les robots collaboratifs répondent à ces besoins sur tous les points. »

Joe Chudy, vice-président et directeur général d'ABB Robotics U.S., à Auburn Hills, Michigan, a également entendu l'appel de l'industrie pour plus d'automatisation, même si sa solution proposée est un peu différente. « Nos clients nous disent que le besoin d'accélérer l'adoption de la robotique et de l'automatisation est critique, à la fois pour protéger la santé de leurs employés et pour améliorer la continuité des affaires », dit-il. « La plupart veulent maintenant changer l'équilibre entre mondialisation et localisation pour ramener la production plus près de chez eux, le fameux nearshoring, tout en augmentant la flexibilité de production et en renforçant la résilience de la chaîne d'approvisionnement. »

Répondre à ce besoin nécessite des outils intuitifs qui aident les utilisateurs à prendre de meilleures décisions. L'un d'eux est la suite logicielle SafeMove de l'entreprise, qui, selon Chudy, permet aux opérateurs une plus grande liberté de collaborer avec des robots dans un espace limité et pratiquement sans enceinte, en supposant que les capteurs de sécurité, scanners laser et barrières lumineuses appropriés sont en place. Elle peut être utilisée sur toute la gamme de robots industriels ABB, « faisant de chaque robot un cobot » grâce à des mesures électroniques configurables de détection et prévention de mouvement qui restreignent la vitesse, le mouvement et la position du robot quand une personne s'approche.

Il note également le besoin de logiciels de simulation et de programmation hors ligne, dont RobotStudio de l'entreprise. Le premier permet aux utilisateurs de créer, simuler et tester une installation robotique complète dans un environnement virtuel 3D sans perturber la ligne de production réelle. « Cela signifie que de nouvelles lignes de produits peuvent être installées plus vite et montées à pleine vitesse sans surprises lors de la mise en service. C'est une compétence critique pour les fabricants, compte tenu de la personnalisation de masse et des cycles de vie de produits plus courts d'aujourd'hui », dit-il. « Et comme avec les logiciels FAO et machines-outils CNC, la programmation hors ligne des robots élimine les temps d'arrêt et la perturbation du sol d'usine qui surviennent avec les méthodes de programmation manuelles. »