À l’heure de la chasse au coût et aux troubles musculo-squelettiques, les robots semblent bien placés pour nous aider à accomplir un certain nombre de taches répétitives.
En mai 2010, j’ai eu l’occasion de visiter le Centre de Robotique et de Vision Industrielles (CRVI), basé dans le CEGEP de Lévis-Lauzon, au Québec. En mai 2022, j’ai participé à une démonstration des solutions de l’industrie 4.0 par Callaghan Innovation, l’agence d’innovation de Nouvelle Zélande. J’ai ainsi pu voir et partager avec des experts les dernières technologies dans le domaine de la robotique.
Vous trouverez sur leurs sites respectifs le détail de leurs offres et du soutien qu’ils apportent aux entreprises. Dans les deux cas, la mission consiste à aider les organisations manufacturières à utiliser les dernières technologies. Autant la Nouvelle Zélande que le Québec sont confrontés au manque de main d’oeuvre. La technologie améliore la productivité de différentes façons. Évidemment, des financements du gouvernement sont en arrière pour booster l’innovation.
Les quatre révolutions industrielles
Industrie 1.0
Mécanisation en utilisant la puissance de l’eau, du charbon et de la vapeur – 18ème siècle.
Industrie 2.0
Production de masse, standard, utilisant l’energie electrique et hydraulique – 19ème siècle
Industrie 3.0
Globalisation et automatisation (ordinateur, electronique, télécommunication) – 20ème siècle
Industrie 4.0
Intelligence artificielle, apprentissage, objets connectés, partage de données – 21ème siècle
Les robots sont utilisés en industrie depuis de la troisième révolution industrielle. En usinage, en soudure, en assemblage, ils n’ont plus besoin de démontrer leur supériorité sur l’homme pour réaliser des tâches répétitives, pénibles ou dangereuses. Sans poumons et sans muscles craignant pour leur santé, ils savent remplacer l’homme dans bien des cas. Ils sont donc particulièrement efficaces pour des actions simples et standardisées.
Leur programmation ne leur permettait jusqu’à présent pas de s’adapter à une variabilité du process. Si l’opérateur ne plaçait pas les pièces à souder ou à usiner dans une position très précise, le robot ne pouvait pas effectuer correctement son travail. Cette contrainte nécessitait l’installation de gabarits couteux. Elle a donc longtemps limité leur développement par le faible retour sur investissement.
Les technologies robotiques de l’industrie 4.0
Plusieurs technologies améliorent ces aspects et augmentent l’utilisation des robots dans les usines. Il s’agit de la vision, des capteurs de pression et de l’intelligence artificielle.
Ces technologies donnent au robot le sens de la vue et du toucher ainsi qu’une petite capacité à apprendre. L’intelligence reste programmée par l’homme, mais le robot est « capable » de prendre des décisions et de s’adapter à un process ou un produit avec de petites variations.
Pour comprendre ce que peuvent apporter ces technologies, rien de mieux que quelques exemples et une vidéo.
L’apport de la vision
Le robot est équipé d’une ou plusieurs caméras 2D ou 3D. Ces caméras prennent des images de la zone ou le robot va intervenir. Un programme analyse l’image. La programmation du robot recale alors en permanence la position du robot en fonction des informations reçues.
Dans l’exemple ci dessous, vous pouvez voir un classique : la manutention de pièces sur un tapis roulant pour les disposer correctement. Il s’agit d’un robot Fanuc. La vision sert dans ce cas à identifier la position de la pièce à prendre.
Une autre utilisation développée par le CRVI est la correction de trajectoire de soudure / usinage. Une ou plusieurs caméras capturent l’image de la pièce à travailler. Le robot est programmé en relatif : il connait la trajectoire à accomplir. L’image prise permet de donner l’emplacement de départ, et de calculer le déplacement précis du robot. Pour garantir la qualité, il est possible de définir une tolérance de modification de trajectoire. Si la position des pièces est trop décalée avec la position « standard », le robot arrête son action et l’opérateur doit intervenir.
Le gain pour l’entreprise : des gabarits moins complexes et moins couteux, un temps opératoire réduit pour mettre en place les pièces (moins de précision nécessaire).
L’apport du capteur de pression
Le capteur peut mesurer des forces selon les 3 axes (x,y et z) ainsi que les moments sur ces 3 axes. Cette capacité à « ressentir » la force peut servir dans de nombreuses applications, en particulier pour des robots humanoïdes. Côté industriel, cette technologie peut servir à :
- Garantir l’assemblage d’une pièce dans une autre. Le robot connait la position de la pièce à assembler et le trajet à effectuer. Si, au cours de son trajet, il reçoit une information incompatible (pièce mal alignée ou mal calibrée par exemple), il corrige sa trajectoire. Si la pièce ne correspond pas aux tolérances d’assemblage, il arête son action. C’est l’opérateur qui se charge alors de vérifier la qualité des pièces.
- Standardiser un produit : si deux pièces doivent être assemblées à une force de 10 livres, le robot s’adaptera en fonction de la dureté des matériaux et de leur variabilité. De cette façon, l’assemblage aura toujours une force de 10 livres. Il modulera la pression appliquée en fonction de l’information renvoyé par son capteur.
Le gain pour l’entreprise : la possibilité d’automatiser et de standardiser un process, un résultat avec un niveau de qualité constant.
L’apport de l’intelligence artificielle
C’est principalement dans le domaine du contrôle qualité que l’intelligence artificielle est utilisée dans l’industrie 4.0. En effet, certains processus requièrent des contrôles qualité à 100%, comme dans l’agroalimentaire ou le médical.
Les systèmes sont très difficiles à programmer, avec l’apprentissage machine, l’équipe peut entrainer le robot et lui apprendre. Après une période d’apprentissage, la machine dépasse l’homme. Le nombre d’erreur diminue, jusqu’à ce que le robot sache quand il doit demander une validation.
L’intelligence artificielle peut aussi aider les équipes de maintenance à faire de la maintenance préventive, en apprenant des pannes. Les causes sont souvent multiples, et l’intelligence artificielle peut tester plusieurs facteurs, comme la température, l’humidité, le type de pièce produites afin de prévoir les prochaines pannes ou réglages requis.
Le gain pour l’entreprise : Utiliser au mieux les équipes, tout en assurant une répétitivité des processus. Documenter et comprendre les problèmes pour mieux les résoudre.