Automatisation des applications industrielles : les critères à prendre en considération et les solutions ‘intelligentes’ proposées pour sauter le pas vers l’industrie 4.0

Les premiers critères décisionnels qui viennent à l’esprit lorsque que l’on parle d’automatisation des applications industrielles sont la réduction du coût de fabrication et l’optimisation de la productivité, deux paramètres importants dans le calcul du retour sur investissement. Mais la pénurie de main d’œuvre dans certains domaines d’activité et l’évolution des mentalités en termes de bien-être au travail contribuent fortement à la prise de décision pour tendre vers une industrie intelligente. En parallèle, l’industrie de la robotique ne cesse de progresser et profite notamment des innovations dans le domaine des systèmes de scanner 3D pour répondre aux exigences de rentabilité.

Coût de production et productivité

L’indicateur clé pour mesurer la rentabilité d’un investissement est le ROI (retour sur investissement). Il permet de calculer le pourcentage de profit attendu par rapport aux coûts engagés. On peut lui associer le temps de retour sur investissement qui permet d’estimer le temps qu’il faudra avant que le projet ne soit rentable.

Pénurie de main d’œuvre et évolution des mentalités en termes de bien-être et de sécurité au travail

Mais s’en tenir à ces critères serait trop restrictif et trompeur pour fonder sa décision d’investissement. La pénurie de main d’œuvre non qualifiée dans divers zones géographiques et l’évolution des mentalités sur la pénibilité et la sécurité au travail poussent les entreprises à trouver une alternative au travail manuel répétitif.

Lassantes et peu valorisantes, certaines opérations doivent être accomplies dans des environnements sévères (soumis à la chaleur, la poussière parfois toxique…) dans lesquels il est difficile de maintenir un bon niveau de TRS⁽¹⁾ ou Taux de Rendement Synthétique (cas des fonderies et des forges).

Dans certains cas, peut s’ajouter la difficulté physique à effectuer une tâche. Les pièces brutes à charger dans des machines à commande numérique sont souvent difficiles à manipuler, lourdes et parfois encombrantes. Soulever une pièce automobile de quelques kilos reste une tâche relativement aisée, mais ramenée à un travail quotidien elle équivaut à manipuler plusieurs centaines de kilos pour un seul individu. Le corps humain peut par conséquent subir des contraintes très fortes entraînant à la longue des arrêts de travail, de l’absentéisme, un turnover grandissant et très souvent une pénurie de main d'œuvre. Il est donc important de prendre en considération l’évolution du niveau des TMSLT⁽²⁾ (Troubles Musculo Squelettiques Liés au Travail), non seulement dans une démarche d’amélioration constante du bien-être des employés, mais aussi dans un souci d’accroissement de la productivité.

La robotique éthique et intelligente

Il semble évident que, pour certaines industries et applications, les robots peuvent apporter une amélioration des conditions de vie des opérateurs pour tendre vers un environnement de travail humainement acceptable tout en améliorant la productivité.

 Depuis une quinzaine d’années, la robotique industrielle a trouvé un allié de taille pour faciliter les tâches des opérateurs et contribuer à l’amélioration du taux de productivité. La robotisation intelligente à base de caméras 2D et 3D semble aujourd’hui résonner comme une évidence. Certains systèmes de vision industriels intégrant des algorithmes d’intelligence artificielle sont capables de voir et d’analyser un environnement complexe et évolutif pour transmettre des informations pertinentes vers un automatisme. Ils accompagnent la prise et la dépose d’objets de manière précise à l’intérieur des machines de fabrication sans interruption des process et garantissent ainsi des taux de rendement supérieurs.

Des sociétés de vision à la pointe de la technologie proposent des solutions robustes et sécurisantes (robotique collaborative) qui permettent non seulement d’atteindre des temps de retour sur investissement très favorables mais aussi de contribuer à la baisse des TMS.

Les temps d’installation et de mise en œuvre des systèmes de vision ainsi que les temps nécessaires à l’élaboration des programmes de pièces ont chuté de manière considérable, passant de plusieurs semaines à seulement quelques jours sur la dernière décennie. Les capteurs sont pour la plupart calibrés en usine et les protocoles de communication standard (Ethernet TCP/IP, Profinet, …) permettent un dialogue facile et rapide vers la partie automatisme.

Bin-picking : le Saint Graal

Il existe désormais des systèmes de vision capables de générer automatiquement les trajectoires des robots (Advanced Path Planning) en tenant compte des obstacles à l’intérieur de la cellule de travail et d’en piloter chaque articulation. La puissance des processeurs intégrés a permis une baisse significative des temps de calcul permettant de réaliser des tâches dans des délais acceptables d’un point de vue process. Quelques secondes suffisent pour indiquer au robot quelles pièces il faut prendre ou amener avec précision un outil au plus près de l’opération à réaliser. Ces opérations, réalisées très souvent en temps masqué, ne dégradent pas le process.

Grâce à ces évolutions technologiques, des temps de retour sur investissement inférieur à 1 an sont désormais une réalité dans certains secteurs de l’industrie. Ces gains permettent de démocratiser des technologies réservées il y a encore quelques années à quelques projets d’innovation. Cela conduira à terme à la disparition des métiers à très faible valeur ajoutée, à pénibilité forte et accidentogène, au profit de métiers plus valorisants et sécurisés tout en gardant en ligne de mire la rentabilité des entreprises.

(1) TRS, Taux de Rendement Synthétique: Production réelle / production maximum théorique

(2) TMSLT, Troubles Musculo Squelettiques Liés au Travail : désigne un ensemble d'atteintes douloureuses des muscles, des tendons et des nerfs. Le syndrome du canal carpien, la         tendinite, le syndrome du défilé thoraco-brachial et le syndrome de la tension cervicale en sont des exemples.