Flottes de cobots : une solution éprouvée aux pénuries de main-d'œuvre

Une révolution en marche

Aldo Albieri, responsable des opérations chez Thyssenkrupp Bilstein, n'hésite pas à parler de « révolution » pour décrire le déploiement rapide de bras robotiques collaboratifs Universal Robots dans l'usine de Hamilton, Ohio, qui fabrique des solutions de suspension haute technologie pour l'automobile. « Je sentais qu'on était au bon moment avec la bonne opportunité pour en faire partie. On a vu des cobots utilisés d'une manière complètement différente des robots six axes traditionnels », dit-il, décrivant ses visites dans de petits ateliers familiaux où des fabricants avec peu ou pas d'expérience en robotique automatisaient même des tâches complexes avec des cobots. « Ils n'utilisaient pas de cages de sécurité, les cobots étaient sur roues et déplacés entre tâches. C'est là que tout a cliqué », raconte M. Albieri, qui a depuis supervisé l'implémentation d'un nouveau cobot à l'usine de Hamilton tous les deux mois pendant près de deux ans.

« Cela s'est passé à une vitesse incroyable, évoluant rapidement du tâtonnement initial avec des fournisseurs pour l'intégration machine », dit M. Albieri. Il a vite réalisé que l'internalisation des déploiements cobot était la voie à suivre. Son équipe Industrie 4.0 gérant les applications cobot a étudié d'autres options, mais « nous avons décidé de nous associer à un seul type de cobot — et c'est là qu'on a choisi notre premier cobot avec Universal Robots. On a réalisé qu'UR avait la solution la plus avancée pour du pick-and-place précis. Le cobot est facile à maintenir et programmer, et présente le meilleur ratio vitesse/répétabilité. »

La série présidentielle

Le groupe interne Industrie 4.0 de Bilstein a maintenant déployé neuf cobots UR10, le plus grand modèle UR, avec 1,3 m de portée et 10 kg de charge utile. Un dixième UR10 sert de modèle de test pour futures applications. « Nous prévoyons d'implémenter environ 40 applications cobot supplémentaires dans notre organisation », explique M. Albieri, détaillant le concept de nommage. « Nous avions besoin d'un système applicable séquentiellement à 45-50 cobots et avons décidé de nous amuser en les nommant d'après les présidents américains. » La flotte cobot s'étend maintenant de George Washington à John Tyler.

Élimination des risques ergonomiques

L'une des applications les plus remarquables à l'usine de Hamilton met en scène les cobots James Monroe et John Quincy Adams travaillant en tandem pour assembler les amortisseurs Active Damping System (ADS) de Thyssenkrupp. Le cycle multi-étapes commence avec Monroe qui prend un tube interne, l'alimente dans une poinçonneuse, puis le place sur un dispositif de transfert où Adams le reprend et le charge dans une « station de mariage », où il saisit un tube externe, les assemble, et les dépose sur la goulotte de sortie. En essayant de programmer les cobots pour qu'ils s'enchaînent avec les machines tendues, les ingénieurs ont fait une découverte novatrice pour faciliter le déploiement : ils ont réalisé qu'ils pouvaient simplement apprendre aux cobots à appuyer sur les boutons de démarrage des machines au lieu de les câbler en dur dans le système de contrôle.

Le cobot John Adams prend et place une pièce suivie d'un contrôle jauge. « Avant, on vérifiait deux pièces toutes les une ou deux heures pour s'assurer qu'on était toujours dans les clous ; maintenant on a une inspection à 100 % », dit Doug McIe, ingénieur fabrication chez Thyssenkrupp Bilstein.

Inspection 100 %

Une autre tâche maintenant automatisée : le contrôle qualité, où quatre cobots font l'inspection jauge et vérifient le sertissage post-remplissage et l'assemblage final. « Quand on faisait l'inspection jauge avant, on vérifiait deux pièces toutes les une ou deux heures pour s'assurer qu'on était toujours dans les clous, mais maintenant on a 100 % d'inspection », dit Doug McIe. Le cobot déployé en assemblage final est équipé d'une caméra Cognex et se déplace rapidement entre les points d'inspection pour vérifier que tous les composants sont en position, que l'étiquette est correctement appliquée et lisible. « Chaque pièce qui arrive est vérifiée, et si elle échoue, le robot la rejette dans le processus », explique M. McIe.

Nouvelle voie de croissance et ROI

Depuis que Bilstein a internalisé l'automatisation cobot, le retour sur investissement (ROI) pour les cobots UR s'est amélioré. « Nous avons des projets avec des ROI plus longs et plus courts », dit M. Albieri. « Mais notre zone de confort est une période de retour d'environ 10 à 14 mois pour justifier l'investissement. Les cobots sont définitivement un retour sur investissement plus rapide que les robots traditionnels. » Il teste aussi deux robots mobiles autonomes de Mobile Industrial Robots (MiR) pour l'approvisionnement des lignes, effectuant les manipulations sans valeur ajoutée entre différents emplacements.

Thomas Jefferson (gauche) et Andrew Jackson travaillent en tandem pour transitionner des tubes d'acier fraîchement formés de l'opération de soudage vers le poinçonnage.

La libération de main-d'œuvre pour d'autres tâches joue un rôle significatif dans le ROI rapide. « Les cobots UR nous ont donné l'opportunité de grandir, d'étendre, de créer plus d'emplois et de déplacer nos ressources les plus précieuses — nos ressources humaines — vers de nouveaux projets où le savoir-faire était le plus nécessaire », dit M. Albieri, soulignant que développer l'activité dans le marché du travail actuel sans cobots serait difficile. « Si on comptait seulement sur l'embauche, on n'aurait jamais pu tripler notre taille initiale. Les cobots ont ouvert une nouvelle voie de croissance tout en conservant nos effectifs existants. Aucun travailleur ne perdra son emploi au profit d'un robot. »

Impliquer les opérateurs

Bien que Bilstein déploie encore de l'automatisation traditionnelle pour les cycles rapides en espaces confinés, l'entreprise se concentre sur les cobots pour reprendre les tâches où les travailleurs identifient les opportunités. Jordan Osterholt, ingénieur processus dans le groupe Industrie 4.0, explique qu'impliquer les opérateurs pour identifier les jobs propices à l'automatisation est clé. « Les opérateurs sont au premier plan de toute la construction qui se fait dans cette entreprise », dit-il. « Leur demander "où peut-on vous aider à améliorer le processus ?" a été très utile pour développer de nouvelles applications. »

Situé dans la section Aftermarket de l'usine de Hamilton, le huitième UR10, Martin Van Buren, fait le sertissage post-remplissage : prise depuis un chariot, chargement dans la machine, fin de cycle en tenant la pièce sertie pour inspection caméra afin de vérifier le sertissage.

Selon M. Albieri, l'implémentation cobot n'est pas qu'une aventure technologique. « C'est vraiment implémenter une nouvelle organisation avec transparence et communication ouverte », dit-il. « On ne veut pas que les employés arrivent un jour et découvrent un robot à côté d'eux. » Il a veillé à présenter les premiers cobots UR à l'équipe d'atelier avant déploiement. « On a expliqué que ces cobots étaient là pour développer notre activité et aider à supprimer les problèmes ergonomiques répétitifs et les conditions de travail peu favorables. Et c'est devenu la réalité absolue », explique-t-il, détaillant l'impact de la nature collaborative des cobots. « Il n'y a plus une telle barrière entre les gens et la technologie. Les cobots partagent l'espace de travail avec nos employés, qui peuvent simplement saisir le pendant d'apprentissage intuitif et opérer les cobots, l'interface ressemblant plus à une tablette qu'à un contrôleur robot. »

Les cobots ont été accueillis par l'opératrice Quenna Quarles, qui gérait les tâches maintenant automatisées. « J'avais beaucoup de douleurs et courbatures avant, à force de poinçonner physiquement, déplacer ci, déplacer ça », dit-elle. « Maintenant on fluxe beaucoup mieux niveau production, et mon travail est plus facile car je charge juste les tubes et laisse les cobots faire le reste. »

Copier-coller les applications

L'équipe d'ingénierie développant les applications cobot n'avait aucune expérience robotique préalable. « On a commencé par du pick-and-place simple pour lancer la dynamique », dit M. McIe. « Ensuite, comprendre l'interface avec les machines. C'était un peu plus dur, mais une fois fait, ça s'est propagé très vite, et on a commencé à voir des applications partout dans l'usine qu'on pouvait presque copier-coller. »

M. Osterholt explique comment les modules de formation gratuits UR Academy sur le site UR ont été déterminants. « Je faisais le tour de programmation du robot et allais direct sur notre robot de test pour appliquer ce que j'avais appris. »

Tester les nouvelles applications

Le robot de démo est sur roues pour être simplement roulé côté machine pour tester une tâche. « On peut brancher le cobot sur une prise 110V standard et commencer à tester tout de suite », explique M. McIe. « Avec un robot industriel traditionnel, il faudrait d'abord percer et boulonner au sol. Ça nous fait gagner beaucoup de temps. » En plus du robot de test pour développer de nouvelles applications, Bilstein utilise aussi le logiciel RoboDK, certifié via la plateforme UR+ pour être plug-and-play avec les cobots UR. « Les simulations logicielles nous aident vraiment à voir si notre temps de cycle sera assez précis pour valoir le coup de prototyper l'outillage et le déployer. On met l'effort sur l'écran, et quand on livre, c'est presque prêt à partir. »

L'équipe Industrie 4.0 travaille maintenant sur l'inversion de deux cobots UR10 sur un extenseur d'axe 7 certifié UR+ de Vention et prévoit de continuer le déploiement rapide, introduisant un nouveau cobot en atelier tous les deux mois. « Il y a tellement d'opportunités », dit M. Albieri. « Le ciel est la limite. »

Universal Robots USA Inc. | 631-610-9664 | universal-robots.com

Thyssenkrupp Bilstein of America Inc. | 513-881-7600 | bilstein.com

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LIEN :: short.gardnerweb.com/urcobot

À propos de l'auteur

Joe Campbell

Joe Campbell est responsable senior du développement d'applications chez Universal Robots. L'entreprise fournit des solutions d'automatisation flexibles utilisées mondialement par des fabricants de toutes tailles pour répondre aux besoins de main-d'œuvre, augmenter la productivité et devenir plus compétitifs.