Publi-information
Par Rahav Madvil et Noam Ribon, respectivement directeur des produits de simulation et consultant commercial senior chez Siemens Digital Industries Software.
Personnalisation et flexibilité sont deux des mots les plus en vogue actuellement dans le secteur de la fabrication industrielle. Les consommateurs veulent des produits exclusifs, que ce soit un après-rasage personnalisé avec leur nom sur le flacon, un véhicule offrant toutes les fonctionnalités dont ils ont besoin et rien d’autre, ou un nouveau téléphone équipé d’une antenne radio de pointe compatible avec la 5G. Toute cette personnalisation mène à une conclusion : l’industrie manufacturière s’oriente vers une production très variée et la fabrication de millions de produits différents en très petites séries.
Dans le même temps, un grand nombre des produits fabriqués aujourd’hui sont beaucoup trop compliqués pour les technologies d’automatisation actuelles, ce qui oblige les industriels à compléter les outils robotiques traditionnels par des employés humains chargés de réaliser un assemblage manuel. En effet, les humains sont appréciés pour leur capacité à comprendre et prendre en compte très rapidement les changements apportés à un processus. Mais que se passerait-il si cette flexibilité était incluse dans les processus automatisés ?
Un système de production flexible et automatisé (voire autonome) représente le Saint Graal pour de nombreux industriels qui souhaitent relever le défi de la complexité croissante des produits tout en offrant une personnalisation accrue pour répondre à la demande. La capacité de basculer rapidement la production d’un produit à un autre sera donc déterminante pour les entreprises, qui devront être en mesure de fabriquer, souvent en un seul exemplaire, les produits hautement personnalisés de demain.
Les petites séries ne sont pas un problème en soi, mais les processus de production actuels ne peuvent pas s’y adapter facilement sans de gros investissements dans une infrastructure de plus en plus complexe. Pour éviter cette menace d’investissements exponentiels, qui peuvent ou non résoudre le problème, de nombreuses entreprises cherchent à flexibiliser leur production. Comment les industriels peuvent-ils fabriquer plusieurs produits de manière efficiente en effectuant un minimum de changements dans leurs usines entre chaque produit ?
La réponse, c’est la robotique avancée, que de nombreuses entreprises sont déjà en train d’adopter.
Le parcours vers la robotique avancée
De nombreuses usines utilisent des réseaux de convoyeurs pour tout transporter, des matières premières aux produits finis. Mais ces réseaux n’ont pas été conçus pour gérer des milliers de produits différents en route vers des emplacements qui changent constamment, ce qui est nécessaire dans un processus de fabrication multiproduit. Et si un tel réseau de convoyeurs pouvait s’adapter ? Par exemple, en modifiant un itinéraire afin d’éviter les zones encombrées de l’usine. Ou en changeant la destination initiale d’une pièce pour acheminer celle-ci vers le poste d’usinage optimal.
C’est le genre de problèmes que la robotique avancée résout grâce à des véhicules à guidage automatique (AGV) et des robots mobiles autonomes (AMR), couplés à une plateforme avancée de développement de logiciels, de solutions et d’applications.
Généralement, les robots servent à livrer relativement facilement des objets d’un point A à un point B. Pour autant, il ne suffit pas d’introduire des AGV ou des AMR dans une usine. L’intérêt d’un tel investissement provient en grande partie de l’optimisation et de la coordination des technologies de robotique avancée. D’après notre expérience, aider les entreprises à adopter la robotique avancée dans leurs processus de fabrication est un parcours en quatre étapes.
- La première étape, aussi appelée étape des Nouveaux entrants, se définit par l’utilisation d’outils d’automatisation robotiques fixes ou de technologies similaires, avec programmation manuelle de la plupart des opérations. Toute la planification des processus est effectuée par des humains, éventuellement à l’aide de logiciels, et les tâches sont ensuite affectées à des robots spécifiques qui fonctionnent à des endroits et à des moments précis. Cette approche donne de bons résultats pour la production de gros volumes, lorsque les modifications apportées à la chaîne de production sont réduites au minimum. Comme chaque action des robots est explicitement spécifiée, ils doivent être mis hors ligne et reprogrammés manuellement lorsque des changements sont nécessaires. Naturellement, cela a un impact négatif sur les délais de production.
- La deuxième étape, aussi appelée étape des Vétérans, est celle que la plupart des industriels traversent aujourd’hui. Elle se caractérise par l’utilisation du jumeau numérique pour la validation complète des systèmes et l’élaboration d’algorithmes de contrôle pour l’ensemble de la chaîne de production. En permettant de simuler l’ensemble de l’installation, le jumeau numérique de la fabrication permet d’obtenir des informations approfondies sur la marche à suivre lors des étapes suivantes du parcours. À ce stade, il est possible d’améliorer la productivité de façon importante en mettant à jour simultanément plusieurs robots utilisant les mêmes automates programmables, ce qui réduit les temps d’arrêt dans l’usine.
- En passant à la troisième étape, ou étape des Pionniers, les industriels peuvent commencer à automatiser davantage leur processus de production. En s’appuyant sur les connaissances acquises grâce au jumeau numérique et en y ajoutant les informations fournies par les capteurs IoT, il est possible de mettre en œuvre une programmation basée sur les tâches pour les robots de l’ensemble de l’usine. Cela réduit considérablement le temps nécessaire pour programmer les robots afin de les adapter à une modification affectant la conception ou le processus. Des commandes simples permettent d’ajuster automatiquement le fonctionnement des robots d’après un étalonnage réalisé en boucle fermée entre l’environnement physique et le jumeau numérique.
- L’étape finale, ou étape des Visionnaires, est celle où les outils de robotique avancée, notamment les robots, deviennent très autonomes. C’est également à ce stade que les AGV et les AMR deviennent très efficaces, remplaçant les convoyeurs statiques et autres processus de transport linéaires par une flotte robotique mobile sophistiquée. Désormais, modifier le processus de production peut être presque aussi simple que saisir le nombre de produits requis et de variantes nécessaires. À partir de ces informations, le système déterminera le chemin optimal pour produire le lot souhaité.
Par exemple, le logiciel détermine maintenant combien de pièces stockées dans la salle B sont nécessaires, ou quel poste d’usinage pourra monter en puissance le plus rapidement pour produire le lot. Et si le poste retenu est à l’arrêt pour maintenance, le logiciel peut déterminer quel est le meilleur substitut. Mais sa capacité de décision ne s’arrête pas aux murs de l’usine. Elle s’étend bien au-delà pour inclure les fournisseurs et les distributeurs, afin d’aider à optimiser l’efficience de la charge de travail de l’usine.
L’étape des Visionnaires est le moment optimal pour mettre en œuvre des AGV et des AMR, car l’entreprise dispose de simulations complètes de son usine. Mais la robotique avancée peut aussi être introduite à des stades antérieurs pour exécuter des tâches plus simples que la planification de la production. Ainsi, certaines entreprises ont adopté les AGV et les AMR comme chariots de prélèvement semi-autonomes dans leurs entrepôts, où ces robots suivent et assistent les employés humains.
Selon la façon dont l’usine est gérée, les façons d’optimiser son fonctionnement sont quasiment infinies. C’est pourquoi investir dans un jumeau numérique complet est si important pour ce parcours. En effet, il permet de mieux comprendre le fonctionnement d’une usine et d’investir en toute confiance pour préparer l’avenir. La robotique avancée fait partie du portefeuille Xcelerator de Siemens – qui comprend des logiciels, des solutions et une plateforme de développement d’applications –, où le présent rencontre le futur pour faire progresser le secteur de la fabrication industrielle.
Pour en savoir plus : www.sw.siemens.com
