Exploiter la robotique avancée pour révolutionner la fabrication industrielle

La personnalisation et la flexibilité sont deux des mots les plus en vogue dans la fabrication industrielle actuelle. Les clients veulent quelque chose fait juste pour eux, que ce soit un after-shave personnalisé avec leur nom sur la bouteille, un véhicule avec toutes les fonctionnalités dont ils ont besoin et aucune de celles 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 évolue vers une production à haut mélange et des millions de produits différents en très petits lots.

Dans le même temps, de nombreux produits fabriqués aujourd'hui sont bien trop complexes pour les technologies d'automatisation établies seules, forçant les fabricants à augmenter la robotique traditionnelle avec de l'assemblage manuel par des ouvriers humains. Les gens sont valorisés pour leur capacité à comprendre et tenir compte des changements dans un processus très rapidement. Mais que se passerait-il si cette flexibilité était incluse dans les processus automatisés ?

Un système de production flexible et automatisé (voire 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 personnalisation accrue. La capacité de basculer rapidement la production d'un produit à un autre sera une caractéristique déterminante 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 les accommoder sans investissements massifs dans une infrastructure de plus en plus complexe. Pour éviter ce problème d'investissements exponentiels, qui peut 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 sur le 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 s'appuient 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 avancée de logiciels, solutions et développement d'applications.

Typiquement, l'objectif d'utilisation des robots est de livrer du matériel du point A au point B avec une relative facilité. Mais ce n'est pas aussi simple que d'introduire simplement des AGV ou AMR dans une usine. 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.

L'étape un, ou l'étape Entrant, est définie par l'utilisation de robotique 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 d'un logiciel, et les tâches sont ensuite assignées à des robots spécifiques pour fonctionner à des emplacements et moments spécifiques. Cette approche fonctionne bien pour produire 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 courante aujourd'hui pour les fabricants industriels. Elle se caractérise 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 la fabrication fournit des insights profonds sur la façon de procéder dans les étapes ultérieures du parcours en permettant la simulation de l'installation entière. Des améliorations significatives de productivité à cette étape peuvent être obtenues 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 davantage le processus de production. Construit sur les insights appris du jumeau numérique et augmentés par le retour de capteurs IoT, la programmation basée sur les tâches peut être implémentée pour les robots dans toute l'installation. Cela réduit considérablement le temps nécessaire pour programmer les robots pour accommoder un changement de conception ou de processus. De simples commandes peuvent être utilisées pour ajuster automatiquement le robot basé sur un étalonnage 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, offrant une autonomie quasi complète des robots. C'est aussi là que les AGV et AMR deviennent hautement efficaces, remplaçant les convoyeurs statiques et un chemin de processus linéaire par de la robotique mobile avancée. Maintenant, les changements de production peuvent être presque aussi simples que d'entrer le nombre de produits requis et combien de variations sont nécessaires. À partir de ces informations, 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 pourra 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 AGV et AMR, grâce aux simulations d'usine complètes. Mais la robotique avancée peut être introduite aux étapes antérieures pour exécuter des tâches plus simples que l'ordonnancement de production. Certaines entreprises ont adopté AGV et AMR comme chariots de prélèvement semi-autonomes pour entrepôts, où le robot suit et assiste un travailleur humain.

Selon la façon dont l'usine est gérée, il y a une infinité de façons 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 le fonctionnement d'une usine, aidant à investir en confiance dans l'avenir de l'entreprise. La robotique avancée fait partie du portefeuille Xcelerator de Siemens, logiciels, solutions et plateforme de développement d'applications où le présent rencontre le futur pour la fabrication industrielle.