Libérer l'utilisation de la robotique dans l'automobile

La révolution robotique était attendue depuis des décennies, mais n'est toujours pas arrivée. Chaque année, les constructeurs automobiles et leurs fournisseurs achètent des milliers de robots, un nombre encore bien inférieur à ce qui avait été prévu. Les robots ne sont tout simplement pas utilisés aussi largement qu'ils pourraient l'être, en raison de plusieurs obstacles qui ont persisté bien plus longtemps que prévu. Ces obstacles à l'adoption peuvent finalement devenir des occasions manquées d'augmenter la capacité de fabrication du pays et d'améliorer ses chaînes d'approvisionnement.

La pandémie exacerbant les pénuries de biens et mettant en lumière la facilité avec laquelle les chaînes d'approvisionnement critiques peuvent être perturbées, il n'y a jamais eu de meilleur moment pour se concentrer sur les technologies et les solutions qui peuvent aider à renforcer les capacités nationales du pays. Des décrets récents montrent que ce sera l'une des priorités de l'administration Biden, il est donc temps d'agir.

Obstacles à l'adoption

Il existe, d'une manière générale, trois obstacles à une adoption plus large de l'automatisation robotique dans l'industrie automobile. Tout d'abord, le coût reste trop élevé. Le coût comprend non seulement l'achat des robots eux-mêmes, mais également plusieurs autres coûts connexes importants. Les cellules de travail robotiques typiques nécessitent une coordination technique poussée. Le simple déploiement d'un ou plusieurs robots dans une cellule de travail est une tâche coûteuse. Ensuite, une fois la cellule de travail conçue, les robots doivent être programmés. La programmation de robots est le fléau de nombreux ingénieurs et des fabricants qui doivent les payer pour le faire. Le coût élevé du déploiement de la robotique ne peut être amorti par quiconque produisant de petits volumes de produits ou des produits de faible valeur et s'est même avéré difficile pour les fournisseurs de se permettre un déploiement à grande échelle. Des découvertes récentes de la Fédération internationale de robotique montrent qu'en moyenne 75 % des coûts d'exploitation à vie des robots industriels proviennent de la programmation. A chaque changement de tâche, l'application doit être reprogrammée.

Un deuxième obstacle à l'adoption est l'inflexibilité. Une fois que vous avez conçu votre cellule de travail et programmé vos robots, vous êtes prêt, tant que vous ne changez jamais ce que vous faites de quelque manière que ce soit. Tout changement, qu'il s'agisse d'un nouveau robot ou d'une variation du processus de fabrication, nécessite une reprogrammation (au minimum) et commence très probablement un processus de réingénierie et de revalidation de la cellule de travail pour changer le placement du robot. Cette rigidité rend la robotique irréalisable pour quiconque fabrique une variété de produits avec de petits volumes.

Le troisième obstacle est le faible avantage marginal de l'ajout de robots aux cellules de travail. La programmation d'un seul robot est un défi; programmer plusieurs robots pour travailler dans un espace partagé, sans collisions, est une tâche extraordinairement difficile qui consomme des mois de temps d'ingénierie. En fait, la programmation multi-robot est si difficile que les ingénieurs font des simplifications pour raccourcir le temps de programmation au détriment d'une efficacité considérablement réduite.

La simplification la plus courante est l'utilisation de «zones d'interférence», qui interdisent à plus d'un robot de se trouver dans un espace pouvant être atteint par plus d'un robot, même si, dans la pratique, plusieurs robots pourraient fréquemment partager de tels espaces sans collision. En raison de l'utilisation de zones d'interférence, il n'est pas rare de constater qu'une cellule de travail avec quatre robots atteint des performances inférieures à deux fois celles d'un seul robot. Cette faible efficacité des cellules de travail multi-robots réduit l'utilisation des robots, même dans les entreprises qui peuvent se les permettre.

Si nous voulons libérer le potentiel de la robotique, nous devons réduire les obstacles à son adoption. Nous voulons que tous les acteurs du secteur automobile puissent utiliser davantage la robotique. Comme il est peu probable que le coût des robots et le temps d'ingénierie diminuent, les principaux leviers de notre contrôle sont le temps et les dépenses de déploiement et de programmation.

Pour atteindre nos objectifs, nous avons besoin de robots adaptables à leur situation actuelle, leur permettant de fonctionner dans des cellules de travail relativement peu structurées. L'adaptabilité, à son tour, dépend de deux capacités :une vision fiable et une planification rapide des mouvements :

• Vision fiable :permet aux robots d'observer leur environnement et d'y réagir. La démocratisation exige que la vision soit non seulement fiable, mais également relativement peu coûteuse. Heureusement, il existe de nombreuses options intéressantes et peu coûteuses pour la vision, et elles continuent de s'améliorer et de devenir moins chères.
• La planification des mouvements (le processus de calcul et de coordination de la façon dont un robot passe de sa position actuelle à la position souhaitée sans collision) doit être suffisamment rapide pour s'adapter aux environnements dynamiques, en particulier aux environnements qui incluent des personnes. Les performances de planification de mouvement n'ont jamais été suffisantes pour les applications à usage général, ce qui a conduit à des robots qui réagissent lentement ou fonctionnent sans vision du tout (par exemple, dans une cellule de travail hautement technique, de sorte que les robots n'ont jamais besoin de réagir). Cependant, les récentes avancées du milieu universitaire et de l'industrie suggèrent que le goulot d'étranglement de la planification des mouvements va bientôt disparaître.

La démocratisation nécessite également des robots qui peuvent être programmés rapidement tout en atteignant des performances élevées. Actuellement, nous pouvons atteindre des performances élevées ou des temps de programmation tolérables (mais toujours longs), et l'industrie a toujours choisi ce dernier. La seule solution pour réduire le temps de programmation et améliorer les performances est une plus grande automatisation de la programmation elle-même.

Demander aux ingénieurs de raisonner sur les trajectoires de plusieurs bras tout en chorégraphiant tous leurs mouvements n'est pas une voie vers le succès. L'industrie automobile a besoin de nouveaux outils logiciels qui suppriment la plupart ou la totalité de ces efforts de la part des ingénieurs, afin qu'ils puissent simplement spécifier les tâches qu'ils souhaitent que les robots effectuent, et le logiciel génère les programmes du robot. Ces avancées amélioreraient la productivité de tout programmeur de robots de la même manière que la programmation générale (non robotique) dans un langage de haut niveau comme Java ou Python permet une productivité de programmeur bien supérieure à la programmation en langage d'assemblage. La clé dans les deux cas est de fournir un niveau d'abstraction plus élevé au programmeur et d'utiliser des outils logiciels pour convertir automatiquement ce code plus facile à écrire en ce qui est nécessaire au niveau inférieur.

L'industrie de la robotique n'a pas atteint son potentiel dans le secteur de la fabrication automobile et de la chaîne d'approvisionnement, mais avec des innovations dans quelques domaines clés seulement, une valeur bien plus importante pourrait être réalisée. La démocratisation de la robotique permettrait à de nombreuses entreprises automobiles d'introduire des robots supplémentaires et d'en tirer un grand profit. De plus, nous pourrions ajouter à la proposition de valeur en réduisant les coûts et en améliorant le bénéfice marginal de l'ajout de robots aux cellules de travail. Le résultat final serait une forte augmentation de la capacité de fabrication nationale et une opportunité de créer des chaînes d'approvisionnement nationales plus fiables, aidant à mieux préparer le pays à toute future perturbation de niveau pandémique dans les matériaux ou la main-d'œuvre.