Ouvrir la voie : deux femmes transforment l'automatisation aérospatiale

Automatiser la fabrication et l'assemblage de composants aérospatiaux et de défense n'est pas une tâche simple. Les pièces sont souvent complexes, avec un mélange haut/bas de composants qui vont du robuste au micro en taille, et cette gamme diversifiée ne se prête pas nécessairement à l'automatisation.

Myriades de compétences sont nécessaires pour automatiser ces tâches — et pour diriger les équipes qui les portent à terme. Elles peuvent être du type ingénierie dure : codage, robotique, intelligence artificielle/apprentissage automatique, métrologie. Souvent, elles requièrent certaines « soft skills », comme la construction d'équipe et le leadership, et des traits de personnalité, comme la ténacité, la curiosité et la pensée créative.

Deux dirigeantes d'ingénierie de premier plan, Nicole Williams chez The Boeing Co. et Marie-Christine Caron chez GE Aviation, supervisent les efforts d'automatisation dans leurs entreprises respectives — et possèdent ces compétences en abondance.

Ces femmes, que le magazine Smart Manufacturing a nommées cette année parmi les « 20 femmes qui marquent la robotique et l'automatisation », se sont exprimées récemment lors d'un webinaire connexe (https://bit.ly/Robotics2paths) — détaillant comment elles ont commencé, les rôles qu'elles jouent, les problèmes et défis auxquels elles font face et ce que l'avenir réserve à la prochaine génération d'ingénieures.

Différents chemins vers le succès

Ces femmes sont arrivées à leurs postes d'entreprise par des choix de vie, académiques et de carrière différents.

Pour Williams, une vie de mathématiques et de sciences semblait une conclusion inévitable. Sa vie familiale était comme un terrain de jeu d'ingénieur : son père et son oncle étaient ingénieurs électriciens, et sa tante était ingénieure mécanique. Dans la maison, il y avait des appareils électroniques qui n'attendaient qu'à être démontés pour voir comment ils fonctionnaient. Les surfaces planes accueillaient des magazines de codage qui permettaient à Williams de pratiquer ses compétences naissantes en codage, et des prototypes d'ornements et de cartes musicales que son père rapportait de son travail d'ingénieur en développement chez Hallmark. (Un favori d'enfance était un ornement qui affichait une scène de vacances enneigée en 3D avec un petit train traversant un tunnel.)

« Depuis que je suis très jeune, je me suis intéressée à démonter des choses, ordinateurs, programmation et résolution de problèmes », a dit Williams. « J'ai toujours aimé les mathématiques. C'est cohérent et fiable. Ce n'est pas arbitraire, capricieux ou changeant. »

Sa tante ingénieure mécanique lui a appris que les ingénieurs mécaniques peuvent travailler sur n'importe quoi, de la conception de produits commerciaux aux implants médicaux en passant par la robotique et les installations nucléaires.

« J'aimais vraiment la variété de projets que je pouvais soutenir. J'aimais apprendre de nouvelles choses, utiliser mes compétences pour résoudre différents types de problèmes, tant à l'intérieur qu'à l'extérieur du travail », a-t-elle dit.

Son intérêt pour la robotique a commencé à l'Université du Missouri-Rolla (maintenant Missouri S&T) où elle a travaillé avec un robot à configuration SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) pour trier des blocs de bois rectangulaires de blocs circulaires et les prélever et placer selon les besoins.

Ce projet académique a aidé à affiner ses compétences en programmation — des compétences qu'elle a dit l'avoir aidée à être embauchée chez The Boeing Co. en 1999.

Initialement, Williams a soutenu un robot de développement qui était employé pour manipuler une variété de pièces. Le robot de style portique comportait un effecteur final de grande taille qui tenait des bobines de fibre de carbone, de matériau époxy. La machine utilisait la programmation B+, et beaucoup de ses premières affectations impliquaient la création de dessins pour cette unité.

En travaillant sur ces affectations, elle a absorbé d'autres compétences.

« J'ai appris le processus de demande de brevet et à quel point il peut être difficile et long », a-t-elle dit. « Je suis vite devenue impliquée dans la programmation avec un produit [logiciel de simulation robotique] appelé IGRIP, créant des outils de programmation robotique et des outils de simulation pour les programmes robotiques. »

Elle est devenue adepte de l'utilisation d'une invention de Boeing appelée RAC, ou auto-contrôle d'assemblage robotique, qui reposait sur une autonomie basée sur des objectifs qui, avec le temps, permettrait à l'entreprise d'améliorer son efficacité globale d'équipement (OEE), la qualité du premier coup et la convivialité pour la maintenance et les mécaniciens.

« Afin de rendre l'automatisation aussi flexible que possible dans un environnement aérospatial, nous comptons fortement sur ce contrôle basé sur des objectifs », a-t-elle dit. « Plutôt que d'écrire un script explicite d'actions pour que le robot le complète ou l'exécute comme dans la programmation robotique traditionnelle, nous lui donnons un ensemble d'objectifs et de règles sur la façon de compléter ces objectifs. »

Dans un projet, une cellule de travail comportait une localisation utilisant la vision machine, les contrôles de supervision basés sur objectifs RAC et la précision robotique par étalonnages cinématiques.

« Nous avons un étalonnage cinématique spécifique que nous utilisons pour nos robots. Et puis une utilisation complète de la POO sans aucune retouche », a-t-elle dit, se référant à la programmation orientée objet. « C'est quelque chose que je pense assez rare, de pouvoir prendre un programme directement sur l'ordinateur du programmeur NC et aller l'exécuter en atelier sans avoir à faire beaucoup de passages à sec ou d'ajustements. »

C'est devenu le rôle de Williams d'assembler tous les modèles dans IGRIP, qui est programmé en utilisant un langage de simulation graphique et un interpréteur en ligne de commande. « Chaque programme individuel et système robotique devait être simulé pour identifier les problèmes potentiels avant la production », a-t-elle dit.

Un problème qui s'est présenté était le perçage de trous dans les pylônes de C-17.

« À l'époque, j'étais la seule avec le logiciel et la capacité de rassembler toutes les pièces dans la cellule de travail, y compris l'outillage, la pièce, le robot et l'effecteur final. Nous avons identifié des parties de l'outillage qui bloquaient des zones que le robot devait atteindre pour percer [les pylônes]. À la fin, nous avons fini par devoir couper une partie de l'outillage pour permettre l'accès à l'effecteur final du robot. »

Ce projet lui a enseigné une leçon importante, et c'était de rassembler toutes les parties prenantes plus tôt dans le processus et de simuler de multiples conditions et scénarios avant la construction. En fait, beaucoup des simulations que Williams a créées ont été utilisées dans des réunions avec des fournisseurs de machines-outils, aidant toutes les parties prenantes à visualiser les préoccupations.

« Cela a souvent affecté la conception de la machine et les modifications », a-t-elle dit. « Bientôt, j'ai commencé à voyager pour former les programmeurs NC sur comment utiliser les outils que nous avions développés, et comment utiliser les simulations dans un environnement d'avion de production. »

L'idée d'utiliser l'automatisation et la robotique comme un outil qui améliore la flexibilité de la main-d'œuvre et la facilité d'utilisation pour les travailleurs est un concept qui a suivi Williams tout au long de sa carrière. C'est un état d'esprit que Caron croit aussi, et qu'elle a employé alors qu'elle construisait sa carrière.

Académique et athlétique

Comme Williams, Caron a trouvé les sciences et les mathématiques comme forces motrices. Mais c'était sa prouesse sur le court de tennis qui lui a littéralement bien servi quand est venu le moment d'étudier pour une carrière en ingénierie.

« J'ai contacté de nombreuses universités aux États-Unis qui avaient un programme de tennis, et je leur ai dit : "Hé, je vis au Québec. Je joue au tennis, et je veux étudier l'ingénierie" », a-t-elle dit.

Avant d'obtenir sa bourse de tennis à l'Université du Massachusetts à Amherst, elle a envoyé des lettres à 50 écoles à travers les États-Unis.

Avec la bourse en main, elle a sauté dans une nouvelle vie, dans un nouveau pays, avec une nouvelle culture, et a appris à équilibrer les études et l'athlétisme.

Ces défis « m'ont amenée à croire en moi-même et à comprendre le fait que, même si vous ne savez pas à quoi vous attendre, vous pouvez encore vous amuser et réussir », a dit Caron. « Cela a développé mes compétences de résilience et d'adaptation, et a ouvert mon esprit aux autres et m'a vraiment permis de connaître et de vraiment comprendre comment je peux réussir et comment je m'intègre dans une équipe. »

Après l'obtention de son diplôme, Caron est retournée au Canada et a pris un emploi chez IBM, travaillant sur la microélectronique. « Quand vous parlez microélectronique, vous parlez automatisation parce que tout est si petit et [l'assemblage] si rapide que tout est automatisé. C'était ma première introduction à la vraie automatisation et cela m'a vraiment fait aimer le lien entre technologie, logistique et qualité — pour faire le meilleur produit de la manière la plus efficace. »

Caron a gravi les échelons chez IBM, et a finalement été promue à la gestion d'équipes d'ingénierie. « Je suis passée d'être une personne technique à leader, mais j'étais toujours très liée à la technologie, essayant de faire en sorte que l'équipe soit très réussie. »

Après 13 ans, elle a rejoint l'installation de GE Aviation à Bromont, au Québec. Ce saut de carrière l'emmènerait d'une « équipe super précise, mini microélectronique à super robuste, mais, en même temps, monde de l'aviation très complexe. »

L'emplacement de Bromont fabrique des composants de moteur pour les avions Boeing et Airbus, et abrite le Centre R&D mondial de Robotique, Automatisation et Instrumentation de l'entreprise qui développe des processus robotiques avancés et des applications logicielles.

Peu de temps après avoir rejoint GE, il y a eu une ouverture au Centre de Recherche Mondial, connu sous le nom de GRC, et elle « a sauté sur cette opportunité. »

Affronter les défis

Le travail au GRC lui a permis d'explorer davantage ce qui pouvait être fait avec l'automatisation et la robotique d'un point de vue ingénierie.

Une affectation de neuf mois en République tchèque l'a aidée à affiner des compétences supplémentaires. Là, Caron n'était pas juste une experte en automatisation ou robotique, elle était chef de projet.

« J'ai eu la chance de faire partie du programme de développement de moteur à Prague », a-t-elle dit. « J'ai appris à être vraiment ouverte d'esprit sur la culture et à comprendre leurs processus de fabrication. J'avais beaucoup de [mes propres] réponses, mais elles n'étaient pas nécessairement adaptées à la façon dont ils voyaient les choses. J'ai appris que j'avais besoin de comprendre les contraintes, comprendre l'environnement et proposer la bonne évolution pour chaque site. »

Bien que l'automatisation puisse apporter des gains de productivité, Caron a appris que les utilisateurs potentiels n'acceptent pas toujours l'aide si facilement.

L'état d'esprit de certains est que s'ils ont besoin de plus de capacité, ils vont juste y envoyer un corps de plus. Le cœur de cette préoccupation est l'emploi.

« Les gens disaient : "Ça va nous prendre nos emplois." Non, ça ne le fera pas ; ça va sécuriser votre emploi. Parce que vous ferez plus de pièces, plus précisément et nous utiliserons encore votre cerveau » pour d'autres emplois, a-t-elle dit.

L'une de ses affectations les plus difficiles a examiné un projet manuel qui demandait l'insertion de joints dans de petits assemblages.

Dans une pièce de deux pouces sur deux pouces (50,8 × 50,8 mm), par exemple, l'ouvrier d'assemblage pourrait devoir insérer 40 joints avec des pinces. « C'était un travail très fastidieux pour les opérateurs et cela leur prenait une éternité. Alors comment automatiser cela ? »

Pour un humain, c'est une tâche facile, bien que laborieuse : simplement prélever et placer les joints.

Les humains peuvent déterminer si le joint est correctement en place, ou du moins dans les specs, et même si le joint est présent.

Mais il y a « beaucoup de choses que votre cerveau fait qui sont assez difficiles à mettre dans un système », a dit Caron.

Pour automatiser ce processus d'assemblage, la vision machine a été installée et l'IA/apprentissage automatique intégrée dans une cellule de travail.

« L'automatisation robotique ce n'est pas seulement les robots, c'est tout ce qui l'entoure », a-t-elle dit. « Comment le voyez-vous [insertion de joint], comment le localisez-vous, comment savez-vous où vous êtes dans l'espace 3D, et comment exécutez-vous une tâche de manière fiable à chaque fois ? »

Pour aider à accomplir cela, cinq caméras différentes ont été installées dans la cellule de travail, chacune ayant une application spécifique.

En analysant les images, l'IA peut déterminer un bon joint d'un mauvais. « Si vous deviez dire "bon" ou "pas bon" sans l'IA, le système dirait : "C'est différent, donc c'est pas bon." Mais l'IA vous apporte cette capacité supplémentaire de dire : "Je n'ai pas besoin qu'il soit noir et blanc ; il peut être gris" », a dit Caron.

Imagerie et IA chez Boeing

Des jours de Williams à l'université où elle utilisait la technologie d'imagerie pour trier des blocs de bois, à sa recherche de master qui utilisait des données d'image pour entraîner une série de réseaux de neurones, elle a largement utilisé les techniques d'imagerie et d'IA pour résoudre les défis d'automatisation.

Un projet, qui vaudrait à Williams et son équipe un prix Boeing Silver Phantom, a analysé les motifs de perçage sur des composants aérospatiaux pour avions commerciaux.

Le schéma de contrôle utilisait le concept RAC de Boeing et incorporait le balayage de pièces, ainsi que des données concernant l'outillage et les caractéristiques de pièces, pour déterminer les positions de perçage finales précises.

« Dans la construction aéronautique, la distance au bord est une donnée importante », a-t-elle dit. « Si vous percez un trou trop près du bord d'une nervure ou d'une poutre, vous risquez une défaillance prématurée de cette pièce. »

Bien que la gamme de projets de Williams soit diversifiée, elle a dit que l'un des projets les plus efficaces sur lesquels elle a travaillé était aussi l'un des plus simples : le suivi des outils des travailleurs.

Auparavant, pour s'assurer que les outils sont comptabilisés à la fin de la journée, un technicien prenait un morceau de mousse et dessinait la forme d'un outil sur le matériau. Il prenait alors une Dremel et sculptait à la main la forme de l'outil.

La solution automatisée utilisait un chariot mobile dans lequel les travailleurs étalaient leurs outils et un système de vision machine capturait une image de la boîte à outils, la traduisait en image binaire, puis la traduisait en fichier Excel et finalement le fichier était envoyé à une découpeuse laser pour découper la mousse.

« Nous avons dû résoudre beaucoup de défis de système de vision. Certains outils sont particulièrement brillants. Certains travailleurs ont fait des "ajustements personnalisés" à leurs outils, comme ajouter du ruban adhésif », a-t-elle dit. « C'est pourquoi nous n'avons pas pu utiliser un système prêt à l'emploi. »

« C'était un projet assez simple, qui s'est mis en place très rapidement, mais il a sauvé nos opérateurs qui ont pu passer de peut-être finir huit ou dix tiroirs [d'outils] par jour à pouvoir compléter plusieurs boîtes à outils complètes en une journée », a dit Williams. « C'était une augmentation de débit vraiment dramatique pour l'équipe. »

Les leaders d'équipe de demain

À long terme, l'objectif est de fabriquer de meilleures pièces, plus rentables. Et les talents que Williams et Caron apportent à leurs postes font que cela se produit dans les installations de GE et Boeing à travers le monde.

Et, bien que les femmes soient encore quelque peu une anomalie dans l'ingénierie manufacturière, ces deux femmes ont prouvé qu'il n'y a pas d'emplois « hommes seulement ».

Williams et Caron ont travaillé avec et pour et ont dirigé des collègues masculins — et elles sont arrivées au sommet de leurs professions.

Chacune l'a fait par le travail acharné, et une volonté d'apprendre et d'essayer de nouvelles choses.

Pour la prochaine génération d'ingénieures et de dirigeantes d'entreprises manufacturières, le duo exhorte celles qui envisagent ces professions à suivre les choses qui les intéressent et les inspirent.

« Pensez à ce qui vous connecte, ce qui vous motive, que ce soit une technologie particulière, un ensemble de compétences particulier, ou un groupe particulier de gens que vous connaissez », a dit Williams. « Et continuez votre éducation. Prenez un cours, prenez quelques cours. Trempez juste votre orteil dans l'eau et voyez ce qui vous intéresse, et ce qui vous motive vraiment. »

Caron a acquiescé : « Suivez votre cœur. Si vous aimez les maths, ne vous inquiétez pas. Cette profession évolue et il y a tellement de branches que vous pouvez prendre. N'ayez pas peur d'essayer. Faites-vous confiance, soyez vous-même, et faites ce que vous aimez. »

« Vous grandissez à chaque étape de votre expérience professionnelle et de votre expérience de vie », a ajouté Caron. « Tirez le meilleur parti d'elles, et prenez les petites pépites et assemblez-les dans ce que vous voulez devenir et comment vous voulez être. Et vraiment, pour moi, ce parcours d'automatisation est vraiment un exemple de cela. »