Collaborateurs robots : rationaliser la production à l'ère mondiale de pénurie de talents

Une dynamique de marché élevée, une concurrence croissante due à la mondialisation, mais aussi les développements démographiques et la pénurie croissante de travailleurs qualifiés, présentent aux entreprises de production allemandes des obstacles majeurs. Ces changements affectent particulièrement le processus d'assemblage en tant que dernier maillon de la chaîne de valeur.

Une approche pour contrer ce changement est l'utilisation de la collaboration homme-robot (HRC - Human-Robot Collaboration). Cependant, les systèmes HRC sont encore associés à des coûts élevés, tant en argent qu'en personnel, en raison de leur complexité de planification. Il existe un besoin de méthodes simples et flexibles qui permettent aux entreprises de nombreuses industries avec une grande variété de conditions limites d'application (complexité du produit, variance, quantités, etc.) de mettre en place et d'introduire des postes de travail d'assemblage collaboratifs.

Projet de recherche SafeMate

Dans le projet de recherche SafeMate, financé par le ministère fédéral allemand de l'Éducation et de la Recherche (BMBF) dans le programme « Innovations pour la production, le service et le travail de demain », des stratégies et concepts ont été développés pour l'introduction et la conception de postes de travail d'assemblage collaboratifs. L'accent était mis sur des postes de travail sûrs et acceptés où les employés reconnaissent un haut bénéfice. En plus d'entreprises allemandes renommées telles que Lenze, Lufthansa Sky Chefs, Miele et Sennheiser, l'entreprise basée à Detmold, Weidmüller, faisait également partie de ce projet de recherche.

Le groupe Weidmüller est un acteur mondial et se spécialise dans le domaine de la technologie de connexion électrique et de l'électronique. Avec ses clients, il façonne la transformation numérique — avec des produits, solutions et services pour la connectivité industrielle intelligente et l'Internet industriel des objets.

Avec ses produits, Weidmüller est principalement actif dans la construction mécanique, l'industrie des processus, la production d'énergie et les énergies renouvelables, la technologie des transports, l'infrastructure du bâtiment et dans le domaine de la fabrication d'appareils. L'entreprise s'implique depuis longtemps dans le sujet de l'Industrie 4.0 et, en plus de SafeMate, participe à d'autres collaborations de recherche.

Quand tout se faisait à la main

Jusqu'à récemment, le processus d'assemblage pour les composants électromécaniques chez Weidmüller était effectué complètement manuellement par les employés au poste de travail d'assemblage.

Dans le cadre de SafeMate, une analyse de potentiel — réalisée par l'équipe dirigée par l'ingénieur processus de Weidmüller Tobias Stuke — devait déterminer les tâches individuelles effectuées par l'homme et la machine et ainsi créer une division du travail optimale par tâche. Parmi d'autres choses, il a été découvert que les robots sont très bons pour effectuer les tâches monotones, répétitives et intensives en force du processus de placement sans fatigue. Et ils peuvent le faire avec une précision constante.

Mais ça ne peut pas se faire sans les humains : les humains ont des compétences spéciales, par exemple, pour saisir et retirer de petites pièces de différentes dimensions d'une pile ou d'une boîte. Ils peuvent les reconnaître et les trier mieux. Les humains sont également supérieurs à leurs collègues robotiques quand il s'agit de l'alimentation correcte et du processus d'inspection subséquent.

Sur la base de ces résultats, le processus d'assemblage précédemment manuel a ensuite été partiellement automatisé dans une application pilote initiale SafeMate en utilisant la collaboration homme-robot (HRC). Le résultat était un poste de travail hybride dans lequel les humains et les robots travaillent en parallèle. Les tâches monotones et intensives en force sont effectuées par le robot, tandis que les tâches cognitivement exigeantes sont réalisées par l'humain.

Collaboration homme-robot

Dans la robotique collaborative, les humains et les robots peuvent travailler main dans la main sur un poste de travail. Grâce à la technologie de contrôle sensible, le robot peut travailler en proche proximité avec l'humain sans barrières de protection. L'application nécessite une validation pour s'assurer que les dangers ont été suffisamment minimisés. Cela peut être fait dans le cadre d'une mesure de force et de pression réalisée par des TÜV, associations professionnelles, prestataires externes ou indépendamment par l'intégrateur. Les outils de bout de bras, comme une pince, peuvent également être validés de cette façon.

Pour le nouveau poste de travail hybride, pour l'assemblage de composants électromécaniques, un tel cobot du fabricant danois de robots Universal Robots (UR) a maintenant été placé au côté des employés pour travailler avec eux. D'abord, le collègue assemble les éléments de connecteur. Ensuite, le cobot presse les éléments de contact électrique, assemble le boîtier du connecteur et visse les contacts de connexion. La productivité de l'ensemble du poste de travail hybride est augmentée par l'utilisation d'un robot collaboratif et la réduction résultante des étapes intermédiaires ou des temps d'attente dans le processus d'assemblage. L'objectif de cette automatisation partielle est de soulager l'opérateur de machine des étapes intermédiaires chronophages et monotones et d'atteindre une division du travail équilibrée entre humains et robots.

Un cobot avec pince HRC Zimmer

En plus de la sélection d'un robot approprié, une pince appropriée était également requise dans le cadre de la conception du poste de travail. C'est parce que la technologie de préhension est un composant élémentaire de chaque application robotique. La pince HRC-02 du groupe Zimmer, un spécialiste des pinces basé à Rheinau, Allemagne, a été trouvée relativement rapidement. Le groupe Zimmer a actuellement le plus grand portefeuille de pinces HRC au monde. La pince sélectionnée est sûre et s'harmonise parfaitement avec le robot UR sélectionné.

La pince servo électrique HRC-02 tout-électrique, spécialement conçue pour l'utilisation HRC, n'a pas de bords tranchants et est construite de telle manière qu'avec sa forme arrondie de tous les côtés, l'accrochage accidentel est virtuellement impossible. De plus, la HRC-02 a une course et une force de préhension flexiblement ajustables, lui permettant de saisir beaucoup plus sensiblement qu'une pince conventionnelle.

Ces caractéristiques associées à un design éprouvé par l'industrie fournissent la sécurité maximale pour ce projet. Toutes les pinces HRC du groupe Zimmer répondent aux exigences élevées des principes de protection selon ISO/TS 15066 (norme HRC) et sont certifiées BG/DGUV.

Programmation facilitée

Dans le projet SafeMate de Weidmüller, un autre accent était mis sur la capacité d'utiliser le cobot UR efficacement et flexiblement au nouveau poste de travail hybride. Par conséquent, l'attention a également été portée sur la manipulation facile du robot.

La facilité d'utilisation du cobot était convaincante, surtout en combinaison avec la pince HRC-02. Après tout, ce n'est pas une coïncidence que toutes les pinces du groupe Zimmer puissent fonctionner parfaitement avec les robots légers UR — en tant que partenaire UR+, le groupe Zimmer affiche actuellement le plus grand portefeuille de pinces compatibles UR sur le site UR+.

Là où auparavant un travail de programmation élaboré et des compétences de programmation complexes étaient requis, le cobot de Universal Robots et sa pince Zimmer sont très faciles à utiliser. Il est contrôlé ou programmé directement via le panneau de contrôle du robot, qui est conçu intuitivement — comparable à une application smartphone.

Productivité et satisfaction accrues

L'utilisation pilote du cobot dans le département de construction mécanique de Weidmüller ouvre de nouvelles possibilités en efficacité et flexibilité.

Grâce à cette nouvelle division hybride du travail et à la maniabilité simple et l'installation facile du robot intelligent et de sa pince, le fabricant d'électronique peut maintenant faire face à la pénurie croissante de travailleurs qualifiés et à la concurrence mondiale un peu mieux. En plus de l'augmentation de la productivité, il y a eu aussi d'importants succès non monétaires, comme l'optimisation ergonomique du poste de travail et le soulagement général du travail pour les employés.

Par exemple, des tâches intensives en force comme le pressage des éléments de contact (« verrouillage ») et des tâches monotones ont pu être confiées au robot. Ce haut niveau d'acceptation par les employés a aussi été atteint par un processus de mise en œuvre participatif. Cela signifie que les employés étaient impliqués dans le processus de changement autour de leur poste de travail dès le début.

« Un critère de sélection particulier pour la pince du groupe Zimmer était que, en plus de ses caractéristiques techniques, la pince avait déjà la sécurité testée et certifiée pour les systèmes HRC, ce qui signifie que nous étions déjà du « côté sûr » — au sens propre du terme — pour notre projet de technologie de préhension », a dit Stuke.

Il est particulièrement important pour l'entreprise que ses employés bénéficient du travail collaboratif. Les cobots avec leurs pinces sont destinés à fournir du soulagement.