Les robots industriels aident les humains à effectuer le travail le moins intéressant (ennuyeux, dangereux et sale) de la robotique, depuis bien plus de 50 ans. Aujourd’hui, les avancées technologiques intelligentes rendent les robots de fabrication plus connectés et capables de collaborer avec les humains pour traiter des processus plus complexes.
Les robots physiques tels que les bras robotisés, les cobots et les systèmes robotisés mobiles sont un élément central de la fabrication moderne. Ils fonctionnent souvent dans des systèmes d’automatisation plus larges qui combinent des logiciels, des commandes et des machines connectées pour coordonner le travail avec une intervention humaine réduite. Associés à des technologies telles que l’IA et l’analyse avancée, ces systèmes aident les fabricants à répondre plus rapidement à l’évolution de la demande tout en maintenant des normes élevées en matière de qualité, d’efficacité et de coûts.
La robotique dans la production industrielle désigne l'utilisation de machines programmables pour effectuer des tâches physiques. Ces tâches sont souvent répétitives, dangereuses ou exigent une grande précision, comme par exemple le soudage, les opérations d'assemblage ou le montage de composants complexes. Il existe de nombreux types de robots de fabrication, notamment les bras robotiques articulés, les robots collaboratifs (cobots) et les robots mobiles, mais tous poursuivent un objectif commun : effectuer un travail physique avec une vitesse et une précision constantes.
L’automatisation dans la production industrielle désigne un concept plus large. Elle correspond au système global qui coordonne les activités de production avec une intervention humaine minimale. L’automatisation combine des logiciels, des systèmes de contrôle, des plateformes de données et des équipements connectés – y compris des robots – pour gérer et optimiser les opérations de fabrication. De plus en plus alimentés par l’intelligence artificielle, les environnements modernes d’automatisation utilisent des plateformes basées sur le cloud, des données en temps réel et des analyses avancées pour surveiller les performances, rationaliser les workflows et s’adapter rapidement aux demandes de production changeantes.
En termes simples, la robotique est un élément clé de l’automatisation dans la production industrielle. Les robots effectuent les tâches physiques sur le plancher de l’usine, tandis que les systèmes d’automatisation connectent ces machines à la planification de la production, aux logiciels d’entreprise et aux données opérationnelles. Ensemble, ils permettent aux processus de fabrication de fonctionner plus efficacement, de réagir plus rapidement aux changements et d’opérer comme un système intégré, de l’atelier jusqu’au niveau de l’entreprise.
Les premiers systèmes d’automatisation de la fabrication comprenaient des systèmes mécaniques de base et des bandes transporteuses qui déplaçaient les matériaux plus rapidement. En 1961, GM installe l’un des premiers robots de fabrication, Unimate, pour la coulée sous pression et le soudage. Cela a marqué le début de la robotique de fabrication moderne, largement pilotée par l’industrie automobile. Ces robots excellaient dans les activités qui nécessitaient vitesse, force et précision. Il en a résulté une augmentation du rendement, une meilleure qualité des produits et une réduction des coûts.
Au début des années 90, de meilleurs capteurs et systèmes de contrôle rendaient les robots plus flexibles. Au lieu d’effectuer une tâche fixe, les robots pourraient prendre en charge des activités de fabrication plus larges, telles que la manutention des matériaux, le moulage par injection, l’emballage et la palettisation. Dans les années 2000, les robots sont de plus en plus connectés aux systèmes de fabrication informatisés. Cela a permis à différentes machines et outils robotisés de travailler ensemble dans le cadre d’une ligne de production coordonnée. Alors que l’Industrie 4.0 a pris de l’ampleur, des technologies telles que l’Internet industriel des objets (IIoT), les plateformes cloud et l’analyse des données ont aidé les fabricants à connecter les équipements et les données opérationnelles pour améliorer les performances.
Plus récemment, l’intégration avec les plateformes ERP et MES a rendu la robotique encore plus puissante. Les robots de fabrication modernes peuvent coordonner les processus en temps réel, prendre en charge les décisions automatisées et répondre aux conditions réelles dans l’atelier de fabrication pour améliorer l’efficacité dans l’ensemble de l’usine.
Alors que les robots industriels traditionnels étaient souvent programmés pour effectuer les mêmes tâches répétitives, les systèmes robotiques actuels fonctionnent dans des environnements beaucoup plus connectés. Dans les usines intelligentes, les robots, les équipements et les systèmes sont reliés par des capteurs IoT et des plateformes cloud intégrées, de sorte que les données peuvent circuler entre eux. Associée à l’IA et à des outils d’analyse avancés, cette connectivité permet aux robots et aux systèmes de production de s’adapter en temps réel à l’évolution des conditions, par exemple en augmentant le volume de production pour répondre à des pics de demande ou en modifiant les lignes de production en cas de pénurie de matériaux.
Dans certaines installations de pointe, les systèmes robotiques et automatisés fonctionnent avec très peu d’intervention humaine. Ces « usines fantômes » peuvent fonctionner sans éclairage ni personnel sur site pendant de longues périodes. Par exemple, l’entreprise japonaise Fanuc fabrique des systèmes robotiques dans des installations qui fonctionnent 24 heures sur 24 jusqu’à 30 jours sans intervention humaine. L’usine intelligente Changping située à Pékin peut produire un smartphone toutes les trois secondes à l’aide de l’IA. Bien qu’il soit peu probable que toutes les opérations de fabrication deviennent entièrement automatisées, il est clair que la robotique intelligente et connectée jouera un rôle de plus en plus important dans les usines modernes.
Selon la tâche pour laquelle ils sont conçus, les robots peuvent prendre des formes très variées, allant des modèles fixes aux modèles flexibles. Voici quatre robots parmi les plus couramment utilisés dans les opérations de fabrication actuelles, ainsi qu'un autre qui en est encore aux premiers stades de son développement.
Aujourd’hui, les robots industriels constituent le système d’assistance robotique principal sur les lignes de production. Peut-être le plus connu est le bras robotique articulé avec plusieurs articulations pour effectuer des tâches complexes nécessitant une plage de mouvement. Mais il en existe de nombreux autres conçus pour différentes fonctions. Le robot cartésien, par exemple, fonctionne sur un système à trois axes pour le mouvement linéaire et le levage de charges lourdes dans une zone définie. D’autres robots sont conçus pour la vitesse et la précision, tels que le SCARA pour des tâches comme l’assemblage et la manutention et le Delta pour les opérations pick-and-place dans des environnements à volume élevé. Un autre robot courant fonctionne dans un espace de travail cylindrique et combine des mouvements rotatifs, verticaux et horizontaux pour l’entretien des machines, l’emballage et d’autres tâches nécessitant un mouvement circulaire cohérent.
Les robots collaboratifs (ou « cobots ») sont conçus pour travailler en toute sécurité à proximité des humains dans les ateliers, en partageant souvent le même espace de travail sans avoir besoin de cages de sécurité. Ils peuvent fonctionner de manière autonome, en s’appuyant sur la vision par ordinateur, l’IAet la technologie d’apprentissage automatique pour manœuvrer autour d’objets et de personnes, mais peuvent également être guidés ou supervisés par des opérateurs humains si nécessaire. Les cobots sont également plus abordables et plus faciles à déployer, ce qui explique pourquoi leur utilisation et développement augmentent.
Comme leur nom l’indique, les systèmes d’automatisation flexibles sont composés de robots et de machines automatisées qui peuvent être reprogrammés et reconfigurés pour une grande variété d’activités et de cycles de production sans avoir à reconstruire la ligne à chaque fois. Ils sont donc parfaits pour les fabricants qui doivent passer rapidement d’un type de produit à l’autre. Cette catégorie comprend des bras robotiques configurables dotés d'effecteurs terminaux interchangeables pour les tâches de soudage, d'assemblage et de montage, ainsi que des cobots destinés à l'alimentation des machines, capables de changer de préhenseur et pouvant être programmés pour charger des pièces de tailles et de formes différentes selon les besoins.
Ces robots sont conçus pour déplacer des matériaux, des pièces et des produits finis dans une usine ou un entrepôt. Prenons l’exemple des véhicules à guidage automatique (AGV). Ces robots au sol peuvent déplacer des palettes, des bacs ou des chariots entre les postes de travail, en suivant généralement un chemin fixe. Les robots mobiles autonomes (AMR) transportent également des marchandises et des matériaux au sol, mais ils utilisent des capteurs lidar et à ultrasons, des caméras et des logiciels de navigation pour détecter les obstacles et les rediriger autour des personnes et des équipements. Les robots volants sont utilisés pour les activités en hauteur – aucun chariot élévateur n’est nécessaire. Par exemple, ils peuvent scanner les stocks dans les rayonnages d’entrepôts hauts à l’aide de RFID et de codes-barres, effectuer des contrôles de sécurité dans les zones dangereuses ou restreintes, et surveiller la température de l’équipement à l’aide de caméras thermiques.
Alors qu’ils sont encore en phase expérimentale, les robots humanoïdes sont testés dans des environnements de production réels. Par exemple, l’Optimus de Tesla est un robot humanoïde à usage général conçu pour prendre en charge les tâches répétitives dans l’usine. Les prototypages dans les Gigafactories de Tesla peuvent effectuer des tâches simples telles que déplacer des pièces ou récupérer des articles. D’autres robots humanoïdes comme l’ASIMO de Honda sont utilisés uniquement pour la recherche et la démonstration plutôt que pour des tâches de production. L’Atlas de Boston Dynamics est également un robot de recherche et développement, mais il est l’un des robots humanoïdes dynamiques les plus avancés au monde, conçu pour une mobilité, un équilibre et une agilité élevés.
L’IA renforce l’automatisation, aidant les systèmes à s’adapter à leur environnement en temps réel. Elle peut identifier des schémas récurrents dans les données, déclencher des actions, signaler des problèmes et même ajuster les paramètres de production. L’IA aide également les robots à reconnaître les pièces, à éviter les collisions et à s’adapter aux conditions fluctuantes.
Les systèmes d'inspection en temps réel utilisent des caméras, des capteurs et (généralement) l’IA pour capturer des images de tous les défauts, problèmes et pièces défectueuses. Le logiciel de fabrication analyse les images et envoie une alerte aux opérateurs ou arrête la production en conséquence.
L’IIoT connecte les machines, les robots et les capteurs afin qu’ils puissent partager des données en temps réel. Les capteurs suivent les conditions telles que les vibrations, la sortie et la consommation d’énergie, puis envoient ces données au MES, à l’ERP et à d’autres systèmes pour prendre en charge les analyses et les alertes automatisées.
La robotique avancée repose sur une intégration étroite avec les systèmes de fabrication qui gèrent les ordres de travail, les calendriers, les stocks, les données de production, etc. Les robots et les équipements connectés utilisent ces informations et données pour se coordonner en temps réel avec des workflows de production plus larges.
Les systèmes de commande tels que les API, SCADA et les contrôleurs industriels gèrent les équipements robotisés. Ils exécutent une logique programmée, synchronisent la production et automatisent les fonctions de sécurité. L’intégration avec les logiciels de fabrication relie les opérations robotisées aux workflows de l'entreprise.
Les plateformes Cloud centralisent les systèmes, les workflows et les données pour améliorer le fonctionnement de l’automatisation et de la robotique. Elles fournissent un stockage et une puissance de calcul évolutifs pour soutenir l’IA, l’analytique et les connexions en temps réel. La sécurité intégrée et les processus spécifiques à l’industrie contribuent à accélérer le retour sur investissement.
Les systèmes robotisés ajoutent de la valeur et renforcent l’efficacité des opérations de fabrication actuelles. Voici quelques-uns des avantages les plus courants :
Les robots assurent un assemblage et un positionnement réguliers des pièces sur les lignes de production. Les bras robotisés insèrent des vis ou fixent des supports, tandis que les cobots assemblent des pièces ou chargent des composants dans des dispositifs.
Exemples : un bras robotisé installe des boulons sur un composant de moteur automobile en appliquant un couple constant. Dans une usine électronique, un cobot place des cartes de circuits imprimés dans des boîtiers et insère des connecteurs sur la ligne.
Les systèmes d’automatisation robotisés trient et prélevent les articles sur les convoyeurs, les emballent dans des boîtes et empilent les produits sur des palettes stables pour le stockage ou l’expédition.
Exemples : Un système automatisé de "pick-and-place" trie les produits de consommation dans des cartons en fonction de l’UGS ou du type de commande. Les robots prélèvent les bouteilles finies ou les snacks emballés et les chargent dans des boîtes pour l’expédition.
Équipés de caméras, de scanners et de capteurs, les robots de contrôle qualité (QA) inspectent les articles à chaque étape de la production. Les articles présentant des défauts tels que les fissures ou les erreurs d’étiquetage sont immédiatement identifiés et rejetés.
Exemples : dans une usine automobile, un système de vision inspecte les soudures à la recherche de fissures ou de jeux. Dans une installation pharmaceutique, un robot de contrôle qualité vérifie les sceaux, les étiquettes et le nombre de comprimés pour assurer le respect des normes de sécurité.
Les capteurs et les systèmes connectés surveillent les performances des équipements et collectent des données telles que les vibrations, la pression et les temps de cycle. Cela permet une maintenance prédictive et une planification des réparations avant que des pannes ne se produisent.
Exemples : Dans une usine chimique, les pompes et les mélangeurs font l'objet d'une surveillance visant à détecter d'éventuelles fuites. Les usines textiles surveillent la tension des métiers à tisser afin de réduire les défauts et de garantir un rendement de production constant.
Les systèmes robotiques suivent, déplacent et gèrent les stocks dans l’ensemble des installations. Les plateformes automatisées scannent et mettent à jour les niveaux de stock, et dirigent la préparation et le réapprovisionnement pour un traitement plus rapide et plus précis des commandes.
Exemples : Dans un entrepôt de mode, des systèmes robotiques suivent les références produits (SKU) et envoient des alertes si nécessaire. Dans les centres de distribution, les AMR déplacent des pièces lourdes et des palettes vers les zones de préparation.
Pendant des décennies, les robots dans l’industrie manufacturière ont symbolisé la rapidité, la puissance et la précision. Ils ont été conçus pour faire ce que les humains ne pouvaient pas – ou ne devaient pas – faire. Et si les technologies robotiques progressent à un rythme remarquable, le véritable changement réside dans la manière dont ces machines sont connectées. Les robots ne fonctionnent plus de manière isolée au sol de l’usine. Au lieu de cela, ils fonctionnent comme une partie d’un environnement numérique plus large qui connecte la production, la planification, la qualité et la maintenance.
Lorsque les systèmes robotiques sont intégrés aux logiciels d’entreprise, aux équipements connectés et aux données en temps réel, les opérations de fabrication deviennent plus prévisibles et plus faciles à gérer. L’information circule plus rapidement, les ajustements se font plus tôt, et les améliorations s’étendent au-delà d’une seule ligne de production ou d’un seul département. L’avenir de la robotique dans le secteur industriel sera déterminé non seulement par le nombre de machines installées, mais aussi par l’efficacité avec laquelle elles fonctionnent au sein des systèmes connectés qui soutiennent la production moderne.
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