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Robotisation: les règles d’or pour implanter des robots collaboratifs dans une usine

Actuellement testées par les industriels, ces machines conçues pour travailler avec les humains sont au cœur d'une nouvelle révolution industrielle : l'usine du futur


PSA, Airbus, Saint-Gobain... Les plus grands industriels testent actuellement ces robots conçus pour travailler avec les humains, accompagnés par Bureau Veritas. Pour en tirer le maximum, ils doivent repenser leur façon de travailler, pour intégrer ces nouveaux robots à leurs équipes.

Sur le site d’assemblage PSA de Rennes, une dizaine de robots collaboratifs assistent les ouvriers. Le constructeur a aussi intégré ces machines sur le site de Vigo en Espagne, et dans sa fonderie de Sept-Fons. Ford en utilise pour monter des amortisseurs sur la Ford Fiesta en Allemagne. Quant à Airbus, Faurecia, Essilor, ThyssenKrupp, Danone ou encore Saint-Gobain, ils ont également équipé certains de leurs sites de production. 

Les robots collaboratifs seront au coeur de l’usine du futur. Légers et maniables, ils sont conçus pour fonctionner au plus près des opérateurs. Cette caractéristique leur permet d’effectuer des opérations sur toutes les chaînes d’assemblage, à la différence des robots industriels traditionnels qui, n’étant pas sécurisés pour fonctionner à proximité des humains, sont généralement installés dans des cages. 

« Les machines dites collaboratives vont permettre d’améliorer la rentabilité d’une usine, en automatisant des postes de travail qui ne pouvaient pas l’être jusqu’à présent, par exemple en créant des lignes de montage homme-machines, et de soulager les opérateurs des tâches pénibles ou répétitives», explique Florimond Lapaque, ingénieur sécurité machines chez Bureau Veritas et spécialiste de la robotique collaborative.

Encore faut-il savoir s’y prendre. Car avant de sortir le robot de sa cage pour l’accueillir dans son équipe, il faut d’abord modifier ses habitudes de travail pour en tirer tout le potentiel. La première condition, la plus évidente, concerne l’adaptation des normes de sécurité. En effet, le faux mouvement d’un robot peut avoir des conséquences autrement plus désastreuses que celui d’un collègue maladroit. 

Bien sûr, ces robots sont prééquipés de fonctions de sécurité — dans la plupart des cas des capteurs accompagnés d’un système de blocage en cas de contact involontaire avec l’environnement. « Ces fonctions de sécurité peuvent suffire dans certains cas, mais doivent être correctement paramétrées, par exemple pour un contact avec le bras ou la jambe de l’opérateur, précise Florimond Lapaque de Bureau Veritas. Elles peuvent toutefois être insuffisantes en cas de rapprochement avec des zones sensibles de la tête (oeil, tempe, tympan...) et doivent alors être complétées ».

Une réglementation défaillante

Mais le sujet est tout nouveau. Jusqu’à octobre 2017, aucune règle spécifique ne précisait ce qui devait être fait pour l’implantation de telles machines à proximité des opérateurs. Il existe bien une norme internationale — ISO/TS 15 066 — portant sur la sécurisation des robots collaboratifs, mais elle n’est pas harmonisée à l’échelle européenne. « II était urgent de donner aux industriels la démarche de prévention à adopter. L’application du cadre réglementaire pour les robots collaboratifs restait complexe, compte tenue de l’interaction recherchée entre l’opérateur et le robot. À cet effet, le ministère du Travail vient de publier un guide délivrant des indications plus précises aux fabricants et utilisateurs ». Les ingénieurs sécurité machine de Bureau Veritas, qui ont participé à l’élaboration de ce guide, sont déjà intervenus chez des industriels comme Essilor, Saint-Gobain et Faurecia pour leurs premières applications de robotique collaborative.

Scrutateurs lasers et barrières immaterielles 

« La mise en place d’un robot collaboratif change en profondeur la façon de travailler. Alors lorsqu’une usine prend une telle décision, elle doit faire une présentation au CHSCT, et prouver que tout a été envisagé et vérifié pour garantir un travail dans les meilleures conditions de sécurité. Nous sommes amenés à analyser les risques et identifier les mesures de préventions ou les fonctions de sécurité externes qui peuvent être nécessaires, en complément de celles intégrées aux robots (scrutateurs lasers, barrières immatérielles, tapis de détection sensible...) » précise Philippe Jeanmart, Senior Vice President Division Industry & Facilities in charge of Technique, Quality & Risks chez Bureau Veritas. Pour acquérir ce savoir-faire nécessaire, Bureau Veritas est partenaire de différentes initiatives, comme Factory Lab, ou encore la plateforme d’essai FFLOR (Future of Factory Lorraine). Avec cette dernière, il étudie différentes technologies innovantes, pressenties pour l’industrie du futur, comme les objets connectés, la vision augmentée… et bien sûr les robots collaboratifs. Grâce à ces différents partenariats, Bureau Veritas a constaté que la sécurité n’est pas le seul frein à l’intégration de nouveaux robots collaboratifs. Un problème au moins aussi important est le rôle assigné à ces robots : trop souvent, ils sont utilisés lors des tests en usine pour remplacer les robots industriels classiques. Grossière erreur, tant ce n’est pas là leur vocation. Afin de garantir la sécurité des opérateurs travaillant à leurs côtés, les robots collaboratifs ne sont ni aussi puissants ni aussi rapides que les robots industriels traditionnels. Résultat : en remplaçant un robot existant par un robot collaboratif, on risque d’aboutir à des rythmes de production supérieurs à celui des temps humains. Autrement dit, le robot collaboratif va ralentir l’homme, là où le robot industriel savait travailler seul et plus vite. Un comble ! 

Le cobot n’est pas un robot industriel 

Pas question de foncer tête baissée donc. « Il faut prendre du recul, oublier totalement les usages du robot industriel classique et identifier où le robot collaboratif sera réellement pertinent. Car son rôle sera d’aider l’homme, de le soulager, le guider : il ne l’aidera pas à aller plus vite, mais à travailler mieux ou plus confortablement. Alors les industriels doivent s’interroger sur une véritable pratique collaborative entre l’homme et la machine. Malheureusement les industriels décident parfois d’acquérir un robot collaboratif « pour voir », sans déterminer un objectif précis et juste avec l’idée de gagner du temps. Une démarche vouée à l’échec. Le ROI du “cobot“ ne se fera pas sur le gain de temps ! », martèle David Inacio, ingénieur de la Direction technique industrie chez Bureau Veritas. Le risque de passer à côté du potentiel de cette innovation est réel. D’autres technologies ont, par le passé, été ainsi ralenties faute d’une réflexion sur l’usage, comme l’écran tactile. Au point techniquement dès les années 80, il est resté confidentiel jusqu’à l’apparition de l’iPhone en 2007, et de ses innombrables appli mobiles qui ont rendu le smartphone indispensable. Qui pourrait désormais s’en passer ? 

22.700 COBOTS VENDUS EN 2016

« De la même façon aujourd’hui, il manque au robot collaboratif l’application reine, celle qui saura se rendre indispensable à l’entreprise. On peut toutefois détecter, dans les tendances fortes du marché, des cas d’usages qui semblent prometteurs. Prenez par exemple la demande toujours plus pressante de personnalisation. Personnaliser des produits peut déboucher sur une gamme infinie de combinaisons lors de la fabrication. Là le “cobot“, avec sa capacité de mémorisation illimitée, pourra être indispensable en accompagnant et guidant l’homme », analyse David Inacio.

Certains secteurs semblent aussi plus à même de les accueillir que d’autres. Par exemple, là où l’on manipule des « petits objets », en travaillant sur des volumes restreints. Ainsi, l’industrie pharmaceutique n’est pas forcément adaptée (le “cobot“ n’est pas assez rapide pour être rentable sur des gros volumes) mais certains secteurs de l’électronique ou de l’aéronautique, nécessitant des manipulations de précision sur des petits volumes, pourraient tirer parti des cobots en améliorant la qualité de production. La balle est donc dans le camp des industriels. Pour les inspirer, la plateforme FFLOR a mis au point un démonstrateur : une ligne de fabrication reconfigurable, grâce à des robots collaboratifs bénéficiant d’un large champ de liberté. Une solution représentative de l’usine de demain : conçue autour du robot collaboratif.  

Le secteur de la construction verra bientôt l’émergence de cobots. L’AIST (Advanced Industrial Science and Technologiy) vient ainsi de mettre au point un robot humanoïde appelé HRP-5P capable de réaliser, pour l’instant, des tâches de construction simples comme monter une cloison en plaque de plâtre. Dans les années à venir on verra surgir d’autres applications de cette « cobotique » industrielle notamment avec l’arrivée des robots « avatar » comme le TH-3 de Toyota qui reproduit avec une grande fluidité les mouvements de celui qui le commande. On peut imaginer des applications sur les chaînes de montage mais également dans les centrales nucléaires et ou des usines de produits dangereux. 

Tout, ou presque, reste encore à faire. « C’est un marché vraiment naissant, qui progresse lentement », a expliqué aux Echos André Montaud, administrateur du cluster Coboteam, un groupement d’entreprises spécialistes de la robotique de la région Auvergne-Rhône-Alpes. Ainsi, selon le fonds Loup Ventures, 22.700 unités ont été vendues dans le monde en 2016, contre plus de 335.000 robots industriels «traditionnels». Avis aux plus audacieux !

Le co-robot Hiro de Kawada sur une chaîne d’assemblage de pièces de l’A380 en Espagne. Crédits : Airbus
Le co-robot Hiro de Kawada sur une chaîne d’assemblage de pièces de l’A380 en Espagne. Crédits : Airbus

Les types de robots collaboratifs

Les fabricants de robots « traditionnels » misent sur la sobriété. Leurs modèles collaboratifs sont des bras robotisés, à l’image de la gamme « UR » d’Universal Robots, « CR » de FANUC, du YuMi d’ABB, ou du LBR iiwa de KUKA Robotics.

 


 

Certains robots collaboratifs sont équipés de roues pour se déplacer, comme ceux d’Omron Adept Technologies. Ils sont ainsi capables de transporter des objets d’un point A à un point B.

 


 

 

Les exosquelettes, ici ceux de RB3D, sont considérés comme des robots collaboratifs. Ils permettent de diviser par dix l’effort requis pour soulever une charge. Avec leur aide, un technicien peut ainsi manipuler sans effort des objets de 100 kilos.

 

 

COMMENT L’ERGOSQUELETTE VA SOULAGER LES OUVRIERS 

Avant de ressembler à IronMan ou tout autres super-héros métalliques, les industriels s’intéressent à ce qui pourrait augmenter les capacités de l’ouvrier. Cela va du casque de réalité virtuelle pour contrôler une tuyauterie à l’exosquelette pour prévenir les troubles musculo-squelettiques mais surtout décupler la force de l’ouvrier. Ces carapaces légères, qui ressemblent plus a de simples gilets, sont prévues pour suivre le mouvement de l’ouvrier et le soutenir dans ses actions. Le poids est ainsi mieux réparti et les articulations moins sollicitées. La PME vendéenne Gobio a élaboré un nouvel exosquelette pour augmenter l’ouvrier tout en restant léger, fonctionnel et moins coûteux. Après avoir lancé son « ergosquelette » en 2017 qui soulage des positions de travail pouvant dégénérer en TMS, la société est en phase de test avec son nouvel équipement IP12 notamment chez Naval Group, Alstom, Renault ou même Bonduelle pour pouvoir le perfectionner et l’adapter à la rudesse de certains métiers. Facile à utiliser, l’ergosquelette est fait pour être enfilé en 1 minute et retiré en 30 secondes. Pour Benoît Sagot Duvauroux, Directeur associé de Gobio, l’un des axes d’innovation de ces équipements sera « le pilotage par la pensée via des électroencéphalogrammes, ou par le mouvement des pupilles ». De quoi bientôt avoir les mêmes capacités qu’un superhéros..




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