Pourquoi les fabricants à forte variété et faibles volumes devraient adopter les robots collaboratifs

Les robots collaboratifs sont de plus en plus attractifs pour les fabricants qui ont besoin de solutions flexibles pour leur gamme de produits croissante, mais qui n'ont pas nécessairement l'échelle de travail ou les ressources en capital pour justifier des investissements plus importants dans les systèmes d'automatisation.

Ces robots collaboratifs, communément appelés « cobots », peuvent exécuter des tâches avec une programmation minimale et s'adapter aux variations de position et de taille des pièces. Les humains travaillent côte à côte avec les cobots pour réduire le besoin de fixations sur mesure qui peuvent rendre le travail à forte variété et faibles volumes (HVLV) inefficace. Les cobots peuvent également se déplacer là où se trouve le travail sur le plancher d'usine.

Le Purdue Manufacturing Extension Partnership a identifié des fabricants qui ont beaucoup à gagner de l'adoption des cobots. L'investissement dans les robots collaboratifs est le plus judicieux pour :

• Fabricants de 50 à 500 employés avec une gamme de produits familiaux
• Propriétaires recherchant un retour sur investissement rapide sur les investissements en capital (ex : 6 mois)
• Gestionnaires qui ne peuvent pas pourvoir les quarts de travail, mais peuvent redéployer les employés vers des postes à plus forte valeur ajoutée
• Opérateurs effectuant des tâches répétitives ou dangereuses

Grâce en partie au travail effectué par le programme Measurement Science for Manufacturing Robotics au sein du Laboratoire d'ingénierie (EL) du National Institute of Standards and Technology (NIST), les robots collaboratifs sont désormais plus petits, plus légers et plus faciles à intégrer pour les petits et moyens fabricants (PMM) et ont une interopérabilité améliorée au sein des cellules de travail.

Considérez un cobot comme un assistant à distance pour un opérateur de plancher d'usine

La collaboration homme-robot s'est avérée 85 % plus productive que les humains ou les robots travaillant seuls, selon une recherche du MIT. Le cobot fonctionne un peu comme un assistant pour le membre du personnel.

La robotique pure nécessite d'énormes quantités de programmation et de capteurs pour tenir compte des nombreuses variables possibles. Par exemple, il est bien plus rentable qu'une personne apporte et présente des pièces à un robot pour un sous-assemblage ou un soudage que d'entraîner le robot à aller ailleurs dans une installation — avec tous les facteurs de sécurité et environnementaux impliqués — pour rassembler les matériaux et faire le travail.

Les cobots, en revanche, fonctionnent avec des logiciels pour de nombreuses machines et applications, ce qui signifie qu'ils peuvent être rapidement redéployés pour ajouter de la flexibilité aux opérations. Ils sont également légers mais fiables. De nombreux cobots ont des garanties qui couvrent suffisamment d'heures de fonctionnement pour fonctionner en continu pendant plusieurs années.

Les trois types de cobots les plus courants sont :

1. Base fixe – souvent un seul bras qui effectue un travail répétitif avec des pièces et des outils.
2. Mobile – particulièrement utile pour les tâches de prélèvement et de placement et les changements rapides.
3. Portable – comme les exosquelettes, qui permettent à l'utilisateur de tirer parti des avantages d'être humain et de la force et de l'endurance d'une machine.

Les robots collaboratifs peuvent être programmés pour de nombreuses applications

Les tâches varient considérablement dans le travail HVLV, ce qui crée des défis pour la productivité et l'efficacité globale des équipements. Mais le travail HVLV comprend souvent encore des routines monotones qui peuvent entraîner des erreurs et des mouvements répétitifs causant des tensions et des blessures pour les travailleurs.

Parmi les nombreuses applications pour lesquelles les robots collaboratifs sont utilisés dans les ateliers HVLV, on trouve :

• Tendance de machines – C'est l'utilisation la plus courante des cobots, remplaçant les tâches répétitives de prélèvement et de placement de pièces ou d'outils.
• Assemblage adaptatif – La flexibilité d'un cobot lui permet de visser, serrer un boulon, clipser une pièce, appliquer des adhésifs, et plus encore.
• Inspection de pièces et produits – Les robots ne subissent pas la fatigue mentale qui limite les inspections humaines, et ils peuvent effectuer cette tâche beaucoup plus rapidement lorsqu'ils sont équipés de plusieurs caméras haute résolution et/ou de capteurs.
• Soudage – La flexibilité des cobots est évidente avec leur utilisation de plus en plus courante pour le soudage par points et le soudage à l'arc. Il y a une pénurie sévère de soudeurs certifiés ; on s'attend à ce que cette utilisation continue d'augmenter.
• Emballage et expédition – Les tâches varient de l'application de film rétractable au conditionnement de pièces et au chargement de palettes. Les cobots sont de bons candidats pour effectuer des tâches de levage lourd.

La polyvalence des cobots est parmi les avantages les plus attrayants pour le travail HVLV. C'est comme avoir un employé qui peut maîtriser de nombreuses tâches différentes, souvent peu attrayantes.

Défis lors de la mise en œuvre de robots collaboratifs

Les laboratoires du NIST continuent de travailler sur l'uniformité des cobots, afin que des systèmes de spécifications apparemment identiques puissent être mesurés, évalués et comparés de manière reproductible et significative.

Elena Messina, chef de groupe à la division des systèmes intelligents du Laboratoire d'ingénierie du NIST, fournit ces informations sur les défis pour une utilisation accrue des cobots :

• Les PMM peuvent être au courant des tendances et des avantages potentiels de la robotique, mais ils hésitent souvent à investir sans certitude de succès.
• Même avec des technologies disponibles commercialement, les fabricants peuvent être livrés à leurs propres ressources pour déterminer si un robot collaboratif fonctionnera réellement comme prévu. Les PMM peuvent manquer d'un programmeur dédié, et la complexité de la programmation varie selon les fabricants de cobots.
• Il est essentiel d'avoir un résultat clairement défini afin d'atteindre une intégration et une mise en œuvre appropriées. Sinon, l'intégration peut devenir une dépense continue plus importante que prévu.

Les robots collaboratifs ont également des limitations, notamment :

• Ils fonctionnent souvent à une vitesse plus lente que l'automatisation standard.
• De nombreux cobots ont une capacité de charge utile et une portée limitées, bien que quelques modèles soient disponibles pour répondre à ces domaines.
• Les cobots pour certaines applications dangereuses peuvent nécessiter une infrastructure de sécurité supplémentaire telle que des cages ou des scanners de zone.

Les centres MEP peuvent vous aider à bénéficier des cobots

Les fabricants peuvent bénéficier de la proposition de valeur robotique traditionnelle que les cobots offrent — effectuer des tâches répétitives qui libèrent les travailleurs humains pour faire un travail plus complexe. De plus, les cobots peuvent coûter significativement moins cher que les systèmes d'automatisation et positionner les fabricants pour l'innovation future.

La robotique collaborative peut être une frontière intimidante pour les PMM, en particulier pour ceux dont les premiers efforts avec l'automatisation et les technologies numériques ne se sont pas bien passés. Votre centre MEP local peut vous guider dans le processus de mise en œuvre de robots collaboratifs et vous aider à prendre une décision éclairée sur votre investissement.