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La robotique et le potentiel de l’usine autonome

Par Gilles Gomila, responsable intégration, OMRON France

Publication: 16 juillet

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L’usine autonome est généralement présentée comme un rêve pour les fabricants. Mais le concept de fabrication sans intervention humaine est-il un objectif réaliste ?...
 

Il existe aujourd’hui des usines entièrement autonomes, telle que l’usine Foxconn de Shenzen, en Chine, reconnue comme un des leaders de la quatrième révolution industrielle par le Forum économique mondial. Mais ces exemples sont rares. Le concept trouve le plus d’écho dans les situations où l’absence de présence humaine est un avantage.

Il s’agit notamment d’applications présentant un risque de contamination, comme l’industrie alimentaire ou la fabrication de composants électroniques spécialisés. Il peut également s’agir de secteurs où les marges sur les produits peuvent être plus élevées, comme la production pharmaceutique, et où il est plus facile d’obtenir un retour sur investissement.

Cependant pour être viables, ces exemples nécessitent presque tous des volumes de production élevés et peu de mélanges de produits, ce qui va à l’encontre d’une évolution plus générale vers des volumes de production réduits et des mélanges de produits élevés dans le secteur manufacturier, les entreprises cherchant à diversifier leurs offres auprès de leurs clients.

L’usine entièrement automatisée et autonome n’est pas un objectif réaliste pour une grande partie des entreprises de fabrication. Cependant, pour tous les fabricants, il existe un point situé quelque part entre l’automatisation zéro et l’automatisation intégrale, où le retour sur investissement des technologies d’automatisation est optimal. En revanche, il n’est pas rentable de poursuivre l’automatisation au-delà.

L’industrie manufacturière a besoin de personnel

L’une des principales raisons pour lesquelles une usine entièrement autonome n’est pas viable est que la fabrication a besoin de ressources humaines. Aussi avancées que soient les technologies d’automatisation d’aujourd’hui, il existe des situations où l’agilité humaine reste la meilleure solution pour exécuter des processus complexes, lorsqu’il faut savoir par exemple improviser ou prendre des décisions compliquées afin de réagir à un événement inattendu.

Prenons l’exemple le plus simple, celui d’une ligne de remplissage de bouteilles. Si une bouteille se bloque, il n’est pas facile de corriger le problème de manière automatisée. Cependant, pour un humain, il s’agit d’un problème relativement simple à résoudre.

La numérisation présente l’avantage considérable de permettre la collecte de données utiles sur les processus, qui peuvent être analysées pour identifier les causes des problèmes de production. Il est alors possible d’adapter les lignes et les machines afin de minimiser, voire d’éliminer, les arrêts de production. Pour revenir à l’exemple de la ligne de remplissage de bouteilles, il serait possible de modifier les guides de la machine de remplissage afin de faire disparaître le blocage. Mais si un lot ultérieur de bouteilles du fournisseur n’est pas conforme aux spécifications, le problème risque de réapparaître malgré tous les efforts déployés. Oui, il est possible de mettre en place des solutions pour mesurer les bouteilles avant qu’elles ne soient introduites dans la ligne, mais il se peut alors qu’un problème matériel provoque une autre défaillance de la machine. En fait, on peut continuellement ajouter des étapes pour optimiser une ligne, mais sans jamais vraiment garantir l’élimination de tous les problèmes potentiels.

De tels exemples montrent qu’il n’est pas optimal d’automatiser les derniers 10 % d’une installation de production pour aboutir à une usine entièrement automatisée. Pour cette raison, la main-d’œuvre de l’industrie manufacturière tend à faire évoluer les tâches opérationnelles traditionnelles vers des fonctions de supervision.

Validation technique

L’étape décisive pour les fabricants consiste donc à déterminer dans quelle mesure et dans quels domaines l’automatisation leur offrira le meilleur retour sur investissement.

Bien entendu, il peut s’agir d’une tâche assez complexe, mais de nombreux intégrateurs de systèmes et fournisseurs de technologies peuvent effectuer une analyse et réaliser une validation technique, qu’il s’agisse d’une application unique ou d’une installation complète.

Les technologies facilitantes

Les progrès permanents réalisés dans les technologies d’automatisation permettent aux fabricants de se rapprocher de l’automatisation complète. La vision industrielle en est un bon exemple. Le développement des systèmes de vision 3D permet de réaliser des opérations de saisie et de mise en place plus complexes. Alors qu’auparavant, les articles devaient être soigneusement présentés aux systèmes de saisie et de placement, les technologies de vision peuvent désormais identifier facilement des objets placés de manière aléatoire dans des bacs de transport.

Cependant, la robotique est un élément essentiel de l’usine automatisée, et est indispensable à tout projet de production autonome. Le déplacement des matériaux, des sous-ensembles et d’autres composants autour et à l’intérieur du processus de production (intralogistique) doit faire l’objet d’une attention particulière.

Jusqu’à présent, ces tâches étaient effectuées par des chariots élévateurs classiques à fourche. Aujourd’hui, les robots mobiles peuvent automatiser ces dernières en étant géré par un système de contrôle et de supervision qui veille à ce que les matériaux soient acheminés vers les machines, que les en-cours soient transférés entre les systèmes de production et que les produits finis soient ramenés à l’entrepôt. Les robots mobiles peuvent transporter des charges importantes et travailler en toute transparence les uns avec les autres, ainsi qu’avec les humains s’ils partagent le même espace.

Lorsqu’il s’agit d’automatiser des tâches traditionnellement effectuées par l’Homme et nécessitant un certain degré de dextérité, les cobots (ou robots collaboratifs) représentent une bonne solution. Bien que leur nom suggère le contraire, ils peuvent également compléter de façon pertinente un projet de production autonome. Bien que l’aspect collaboratif ne soit pas si important dans ce cas, les cobots sont conçus pour effectuer des tâches plus complexes, et se prêtent donc bien au remplacement de tâches manuelles d’assemblage ou de traitement. Ils sont également simples à programmer, notamment en comparaison avec les robots industriels plus traditionnels. Si l’environnement est très hétérogène et comporte de nombreux produits et tâches, le coût de la reprogrammation d’un robot industriel tend à l’emporter sur sa viabilité. Un cobot est donc facile à redéployer pour différentes tâches, ce qui constitue un avantage particulier dans les cas où l’on traite un grand nombre de produits différents.

Lorsque la répétabilité à grande vitesse est recherchée, les robots industriels comme les robots delta constituent une solution idéale. Dans cette catégorie, les progrès de l’outillage ouvrent la voie à de nouvelles applications. Par exemple, l’emballage automatisé des fruits a toujours été difficile en raison des manipulations délicates qu’il nécessite. Toutefois, grâce aux récents développements en matière de conception de préhenseurs, il est désormais possible d’automatiser l’emballage de fruits mous avec des robots industriels. En combinant mobilité et dextérité, des tâches auparavant difficiles à automatiser, comme la gestion d’un encombrement dans une ligne de remplissage de bouteilles, sont désormais beaucoup plus faciles à réaliser, ce qui nous rapproche de la production autonome.

L’usine de demain

La production autonome sera-t-elle la norme à l’avenir ? Bien qu’elle soit rare actuellement, les technologies d’automatisation ne cessent de progresser et il est clair que les usines fortement automatisées gagneront en viabilité pour un nombre croissant de fabricants dans les années à venir.

L’essentiel est que les fabricants sachent parfaitement à quel niveau l’automatisation peut leur apporter le plus de valeur ajoutée aujourd’hui. Les fournisseurs de technologies et les intégrateurs de systèmes sont bien équipés pour les aider dans cette démarche.

Un point d’équilibre va s’établir en renforçant la collaboration et le dialogue entre l’homme et la machine. Car l’Homme occupe un rôle central dans ces usines que nous voulons résilientes et persistantes. Il a la capacité de se sortir d’affaire, d’identifier les problèmes, d’imaginer les solutions. N’oublions pas que pour disposer d’une usine performante il faut constamment travailler à son amélioration.

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