Comment l'automatisation s'est accélérée pendant le COVID-19 : tendances, flexibilité et l'essor des cobots

Des solutions plus sûres, plus rapides et plus intelligentes aident l'industrie en pandémie

La tendance de longue date vers l'automatisation de la fabrication a compréhensiblement été accélérée par la pandémie de COVID-19. Environ un an dans la crise, c'est un bon moment pour demander sur les impacts plus long terme. La pandémie a-t-elle poussé l'automatisation dans de nouveaux domaines ? Les fournisseurs ont-ils rendu l'automatisation plus flexible ? Plus facile à implémenter ?

Par leur nature, les robots collaboratifs (cobots) sont plus faciles à implémenter que leurs cousins traditionnels. Parce que les cobots sont conçus pour partager un espace de travail avec leurs homologues humains, de routine, ils n'ont souvent pas besoin de protection et peuvent s'insérer dans des espaces relativement petits et occupés (quand confirmé par évaluation de risque sécurité). Ils sont aussi plus faciles à mettre en place, dit Dick Motley, le Directeur du groupe d'intégrateurs système autorisés de FANUC America Corp. à Rochester Hills, Michigan. Il explique qu'un utilisateur peut, en partie, entraîner les cobots de série CRX de FANUC en saisissant littéralement le bras et en le menant autour. Cela fait que « la mise en place d'une application simple est vraiment directe et intuitive. Vous avez de l'automatisation robotique qui peut être déployée rapidement. » Il ajoute qu' « il y a un écosystème grandissant de fournisseurs périphériques pour préhenseurs et piédestaux pour le robot pour s'asseoir dessus, et différentes provisions pour adresser facilement les utilités qui sortent vers l'outillage de bout de bras du robot. »

La mauvaise nouvelle est que les cobots sont lents. Même s'ils sont construits avec des capteurs qui limitent la force qu'ils impartiront s'ils entrent en contact avec quelque chose, « c'est assez dur de rencontrer les standards de sécurité à haute vitesse », explique Motley. « Parce que peu importe à quel point votre système de détection de contact est sensible, vous essayez de défier la physique si vous avez quelque chose qui bouge vraiment vite et puis avez besoin de l'amener immédiatement au repos. » Donc bien que vous puissiez penser que les cobots prendraient le monde de l'automatisation (et les ventes ère COVID-19 ont été explosives), leur applicabilité a des limites.

Motley fait référence à « une opération de palettisation à vitesse relativement basse » à la fin des lignes de fabrication d'un client comme un bon ajustement pour un cobot. « Ils faisaient deux à quatre caisses de produit par minute, avec une densité incroyable de lignes de convoyeur alimentant ces produits jusqu'au bout pour être palettisés. Ils n'avaient pas l'espace physique pour faire une implémentation robot traditionnel avec les calculs de distance d'arrêt et toutes les choses qui vont dans une cellule robot traditionnelle. Leur seule option d'automatisation était de mettre un cobot. … Si vous allez assez lent, une boîte en carton ne va probablement pas vous blesser. »

Sûr et facile pour les humains

Ce n'est pas pour dire que les robots traditionnels ne peuvent pas opérer en proximité de gens, ou qu'ils sont très difficiles à mettre en place. Ou que les cobots lents peuvent opérer sans protection s'ils manipulent quelque chose de tranchant ou autrement dangereux. Pour adresser ces préoccupations, FANUC et autres OEMs ont des systèmes qui « restreignent soit la gamme de mouvement soit la vitesse du robot » pour permettre une interaction intermittente avec un humain, explique Motley. FANUC appelle son architecture de sécurité « Dual Check Safety », ou DCS. « Peut-être vous voulez établir une zone « interdite » d'un côté du robot pendant qu'un opérateur charge des pièces ou quelque chose que le robot va récupérer. Vous activez une contrainte logicielle pour garder le robot de ne pas aller là, typiquement renforcée par un rideau lumineux ou un tapis de sécurité ou un scanner. Mais ensuite, une fois que la personne quitte cette zone de chargement, le robot peut être de retour à pleine vitesse. »

Motley souligne aussi que « les ajustements à DCS peuvent être faits dans l'environnement de simulation de programmation hors ligne Roboguide de FANUC. Ils peuvent être faits avec un portable attaché au robot, ou avec un de nos dispositifs d'interface utilisateur, que ce soit notre iPendant ou notre nouvelle tablette Pendant d'Enseignement. » La nouvelle interface basée sur tablette est particulièrement facile à utiliser, dit Motley. « C'est un tout nouveau style de programmation qui n'est même pas proche du langage informatique. C'est une timeline icône glisser-déposer. »

Chez Promess Inc., Brighton, Michigan, le Directeur d'Application John Lytle a rapporté que la pandémie a accéléré l'effort de son entreprise pour faire ses Postes de Travail Presse Électrique performer des fonctions additionnelles. Promess avait déjà rendu facile d'ajouter ses unités à une ligne de production en les rendant compactes et autonomes, avec un rideau lumineux intégré pour prévenir les blessures à l'opérateur. « Elles automatisent l'assemblage avec détection qui détermine si ça a fait une bonne pièce, et vous pouvez les mettre où vous voulez et vous adapter aux choses qui changent dans l'usine. » Promess a ajouté des fonctions annexes et amélioré l'information que les unités sont capables de communiquer au reste de l'usine. Par exemple, en plus de presser deux pièces ensemble et confirmer que la force mesurée et le déplacement étaient comme attendus et l'assemblage est donc bon, le Poste de Travail pourrait aussi prendre des mesures dimensionnelles et passer cette information. Cela élimine le besoin d'une station de contrôle dimensionnel séparée.

Effectuer de telles mesures nécessite des caméras et/ou lasers, et Promess intègre la technologie telle que l'utilisateur final obtient toujours une unité autonome, « plug and play ». Comme l'explique Lytle, « Nous sommes focalisés sur le rendre simple pour l'utilisateur final, donc ce n'est pas comme un gros projet scientifique nécessitant un technicien caméra, un expert PLC, un intégrateur haut niveau, et ainsi de suite. Nous avons une équipe logicielle de 20 personnes ici, travaillant chaque jour pour le rendre facile. Donc quand le client reçoit un Poste de Travail, il est déjà mis en place. Ils entrent juste des paramètres. » Il ajoute que les caméras peuvent faire plus que mesurer des pièces. Elles peuvent aussi être utilisées pour l'orientation de pièce. Cela permet des arrangements plus complexes, comme être capable de prélever automatiquement depuis plusieurs pièces sur une palette. En plus Promess a intégré des cobots pour chargement/déchargement automatique de pièces. Le résultat final, comme le voit Lytle, est un Poste de Travail multi-fonction qui simplifie la ligne de transfert et contribue à la distanciation sociale, tout en envoyant des données aux autres équipements dans l'usine « via Internet ou Intranet pour prendre une décision sur quoi faire. »

Plus intelligent et flexible

Selon Joe Chudy, directeur général d'ABB Robotics USA, Auburn Hills, Michigan, « toutes les industries, en installations grandes et petites, cherchent des façons d'enlever les gens de leurs processus. » La plus grande augmentation de demande — un boost qui peut être lié directement à la pandémie — est dans la fabrication médicale, emballage/logistique, et transformation alimentaire. Ces deux derniers sont particulièrement challengants, donnés leur besoin de vitesse extrême face à des entrées incohérentes. Comme le dit Chudy, « c'est pas un secret qu'Amazon ne peut pas embaucher assez de gens et ne peut pas automatiser assez vite. La même chose est vraie pour WalMart et tout le monde dans cet espace. Mais la quantité et la diversité des articles que vous devez ramasser et trier vite vous force à implémenter une forme d'IA (intelligence artificielle). »

Chudy dit que l'industrie de transformation alimentaire est aussi durement pressée et drive l'innovation en automatisation. Il décrit la découpe et emballage de viande comme un environnement intrinsèquement misérable pour les humains à travailler, avec la pandémie ajoutant seulement aux malheurs. Et la « protéine » (comme l'industrie se réfère à leur produit) varie de pièce à pièce. « On s'est demandé si on pouvait désosser un poulet. Qu'est-ce qu'on pourrait faire avec les ailes ? Des trucs comme ça », raconte Chudy.

Donné les incohérences des formes de la protéine, rencontrer ce défi a requis à la fois un système de caméra intelligent et de l'IA pour orienter les pinces du robot. « Il y a aussi un retour rapide sur la limitation de la protéine perdue en faisant la coupe », ajoute Chudy. « Donc la technologie de vision que vous utilisez, avec couteaux à eau ou autres techniques pour couper ce matériau aussi près que possible, est un gros deal. Apprendre comment la protéine est présentée au robot, où le système de vision devrait aller, et comment vous devriez l'orienter, tous les facteurs entrent dans l'application. »

Long terme, Chudy pense que les avancées en IA drivées par ces défis seront aussi appliquées au monde de la coupe de métal. Par exemple, la capacité de prélèvement en bac aléatoire s'améliore grâce aux améliorations en IA, il observe, « ainsi que le dépalettisation et quelques tâches logistiques. Les temps d'acquisition sont vraiment ce qui compte en prélèvement bac aléatoire. Combien vite puis-je localiser cette pièce ? Combien vite puis-je aller la chercher ? C'est le même dans le marché logistique. » Chudy croit que la vitesse est importante et le traitement du volume de données d'image requis pour ramasser les pièces a jusqu'ici limité ces applications. « [Maintenant] nous voyons ces applications fleurir dans ce marché alors que la technologie grandit et devient plus forte et moins maintenance-intensive », dit Chudy.

Il dit que le soudage sans fixation et le soudage intelligent sont aussi à l'étude, dans lesquels « vous présentez la pièce et la partie à une caméra et elle décide comment la souder, et les tolérances, et mesure les gaps, et fait toutes les choses qu'un programmeur traditionnel ferait. Ça marche bien en labo, mais on ne l'a pas implémenté en production encore. »

La technologie de vision est centrale à ces systèmes. Et comme Chudy le dit, cela « rendait beaucoup de gars dans l'industrie du métal nerveux », parce que les systèmes de vision précédemment nécessitaient des techniciens spécialisés pour installer et maintenir. « Maintenant ces nouvelles applications sont capables de s'auto-surveiller. »

Motley a aussi parlé de la technologie de vision comme un activateur tremende qui est devenu plus facile à implémenter. « Quand vous donnez des yeux à un robot pour être capable de s'adapter à l'environnement, ça active toutes sortes de choses en termes de coût réduit pour mettre une application en place, temps de changement réduit, moins de pièces changées, meilleure flexibilité, fiabilité plus haute, et inspection en processus. » Il dit que la nouvelle technologie de vision 3D de FANUC, appelée 3DV, offre « un capteur versatile, compact qui peut facilement être construit dans l'outillage de bout de bras sur un robot. Le robot porte littéralement ses yeux avec lui au lieu d'avoir juste un capteur stationnaire, bien que les capteurs stationnaires aient encore leur place. » Et un nuage de points 3D fournit au robot beaucoup plus d'information qu'une image 2D plate, il ajoute. Avec plus d'information sur ce qui est devant lui, « le contrôle du robot est mieux capable de décider quoi faire ensuite. »

Fabrication dans le métal

Manipuler l'emballage et la protéine est bien différent qu'une application typique de travail du métal. Donc, comme l'explique Dave Suica, président de Fastems LLC, West Chester, Ohio, la technologie de préhenseur change. « Nous avons commencé à aller vers des préhenseurs servo-contrôlés. Beaucoup des pièces sont déformables. Un préhenseur de puissance régulier peut appliquer trop de force, plus que ce qui est nécessaire pour surmonter le facteur de friction pour soulever la pièce. Avec le servo-contrôle, vous allez à une position, et puis il a un override pour combien de pression il applique. » Plus généralement, Suica dit que les gens tendent vers l'automatisation « haut de gamme » qui ne nécessite pas de changer manuellement les préhenseurs pour switcher les jobs. « Avec l'automatisation intelligente et changements de préhenseurs automatiques, et contrôle par ordinateur versus un PLC, vous pouvez le rendre dynamique. Vous pouvez switcher de pièce A à pièce B à pièce C sans aucune personne là. Nous avons des systèmes qui tournent 72 heures en autonomie. »

Tandis que Fastems est surtout connu pour les grands systèmes de fabrication flexibles (FMS), il gère toute la gamme de configurations robot et manutention palette. Suica dit que la pandémie a causé certaines entreprises à acheter et automatiser des machines simples juste pour rapidement relocaliser un certain produit. Mais que Fastems livre un grand FMS ou un robot pour une machine simple, « ça a encore une ligne complète de logiciel de gestion de fabrication », dit Suica. « Ça a encore l'ordonnancement. Ça a encore les capacités de faire tourner différentes pièces à différents moments. » Fastems se targue d'être capable d'intégrer avec le système ERP d'une entreprise pour l'ordonnancement prédictif et dynamique. « Donc, comme le système ERP change les exigences, nous changeons automatiquement la séquence de quelle pièce se fait quand, de telle sorte que vous mainteniez votre flux sans construire d'inventaire. »

Revenant au défi d'emballage et d'assemblage, Motley a dit que les racines automobiles de FANUC l'ont bien servi. « Notre capacité à dispenser un cordon de scellant pour sceller une carrosserie de voiture avant peinture, et coordonner cela très étroitement avec les mouvements robotiques tels que quand vous allez vite, vous n'obtenez pas un point mince dans le cordon de scellant … et quand vous allez lent autour d'un coin vous n'obtenez pas un gros tas épais … » a contribué directement à être capable de dispenser de l'adhésif dans des opérations d'assemblage.

Contrôle à distance passe à HTML5

L'augmentation de l'automatisation et de la distanciation sociale drivée par la pandémie a à son tour mis en lumière le besoin de capacités de surveillance à distance. La surveillance à distance n'est pas nouvelle, et virtuellement tous les fabricants de contrôle, automatisation, et machines offrent de telles solutions. Mais Fagor Automation–USA, Elk Grove Village, Illinois, est récemment allé un pas plus loin en accélérant la sortie d'une architecture de contrôle basée sur HTML5. Comme l'explique le Directeur Général pour l'Amérique du Nord Harsh Bibra, HTML5 n'est pas seulement basé navigateur, il est « cohérent à travers multiples navigateurs. Une personne pourrait utiliser un iPhone. Une autre pourrait avoir un appareil Google. Une troisième personne pourrait utiliser Windows 10 sur un portable. Avec une interface basée HTML5 sur la machine, ils verraient tous la même chose d'une façon similaire. HTML5 rend votre machine indépendante de plateforme. »

HTML5 fournit un meilleur accès mobile à l'intelligence d'affaires aussi, dit Bibra, avec géolocalisation. Avec la géolocalisation, il souligne, vous pouvez limiter les connexions à distance à des dispositifs qui sont dans des emplacements spécifiques, améliorant ainsi la sécurité. Par exemple, vous pourriez limiter une connexion à distance à la maison d'un employé, mais pas ailleurs, pour prévenir l'accès si l'employé perd son téléphone. Quoi de plus, ajoute Bibra, « HTML5 est sans limites. Selon la puissance de la logique que vous écrivez, ou la puissance de l'interface homme-machine que vous créez, cela peut fournir le N-ième degré de liberté dans le sens que la personne à l'autre bout peut avoir accès à n'importe quoi. » Cela veut dire que vous pourriez donner du pouvoir à une connexion à distance pour non juste surveiller l'activité, mais aussi entrer des commandes machine, comme cycle start ou cycle stop. En d'autres termes, le contrôle à distance est l'ultime en distanciation sociale.