Automatisation et robotique » La base idéale pour l’industrie 4.0
Publié le : 25.05.2023 | Durée de lecture : 5 minutes
Les fabricants doivent toujours relever les mêmes défis, quel que soit le type de produits qu'ils fabriquent : les produits fabriqués doivent être visuellement impeccables et les caractéristiques de performance spécifiques au produit doivent être fiables et sans défaut à tout moment.
Mais ce n'est pas tout ! La production doit être adaptée à la demande et permettre de produire des quantités importantes en cas de forte demande. De plus, le prix de vente du produit est déterminant. En effet, la marge de manœuvre pour rester compétitif est souvent très limitée.
Au final, ces exigences parfois contradictoires en matière de qualité, de performance et de prix peuvent presque être comparées à la quadrature du cercle.
Heureusement, l'automatisation et la robotique offrent une solution efficace qui, lorsqu'elle est correctement appliquée, constitue une aide précieuse. Nous serions ravis de vous expliquer ce qui se cache derrière ces concepts et les possibilités et opportunités qu'ils offrent à votre entreprise.
L'automatisation est l'exigence selon laquelle certains processus d'une entreprise doivent se dérouler de manière autonome à l'aide de moyens artificiels. Toutes les mesures nécessaires à la commande, à la régulation et au contrôle du déroulement du travail sont automatisées ou effectuées de manière autonome.
Dans l'idéal, il n'est alors pas nécessaire que des personnes interviennent dans le processus en cours ou traitent quoi que ce soit. Cependant, la surveillance continue des processus automatisés doit être effectuée par des personnes.
Les possibilités d'une automatisation efficace dépendent inévitablement des développements techniques actuels, comme le montre clairement le paragraphe suivant.
Le désir d'automatisation n'est pas apparu avec l'ère industrielle. Il y a environ 2000 ans, dans la ville d'Alexandrie, en Grèce antique, il existait déjà des portes de temple qui s'ouvraient automatiquement et des distributeurs d'eau bénite sophistiqués qui réagissaient à l'insertion d'une pièce de monnaie. Même si la technologie de l'époque était encore très limitée, des esprits ingénieux ont su mettre à profit les connaissances de l'époque en mathématiques et en physique pour leurs innovations. Cependant, les résultats de ces premières solutions d'automatisation servaient principalement à admirer les possibilités techniques. À l'époque, personne n'avait encore eu l'idée d'utiliser le savoir-faire et les connaissances acquises dans la construction d'automates pour faciliter le travail physique pénible des hommes. Cela ne changera que bien des années plus tard.
Les premiers balbutiements de l'automatisation ont vu le jour lorsque les hommes ont commencé à développer et à utiliser des machines complexes. Le moulin à vent en est un exemple classique.
Afin de ne pas avoir à orienter manuellement en permanence la grande roue à vent en fonction de la direction du vent, Edmund Lee inventa dès 1745 un dispositif qui, à l'aide d'une petite roue à vent supplémentaire (rose des vents), permettait d'orienter ou de faire tourner le moulin à vent de manière automatisée.
L'automatisation, qui ne cesse de progresser, et son intégration croissante dans les processus de fabrication courants étaient étroitement liées au développement industriel.
Première révolution industrielle
L'invention du premier métier à tisser à vapeur a constitué une étape importante dans le développement de la fabrication mécanisée. Elle a également marqué le début de la première révolution industrielle. L'utilisation généralisée de machines de production a permis d'augmenter considérablement la production sans pour autant nuire à la qualité. C'est ainsi qu'est née la production de masse.
Deuxième révolution industrielle
La deuxième révolution industrielle a été marquée par la division du processus de fabrication en plusieurs petites étapes et l'introduction de la chaîne de montage. Une seule personne ne fabrique plus un produit complet, mais seulement une petite partie ou effectue des travaux d'assemblage limités. Sans cette évolution, la construction automobile ne serait pas aussi prospère aujourd'hui.
Troisième révolution industrielle
Les automates programmables industriels (API) ont marqué le début de la troisième révolution industrielle. Il était désormais possible d'effectuer des tâches complexes à l'aide de machines, sans risque d'erreur. Outre le programme nécessaire au contrôle ciblé des moteurs ou des vannes, les automates programmables industriels disposent également de nombreuses entrées pour le raccordement de capteurs permettant de détecter les états réels.
Quatrième révolution industrielle
Dans la quatrième révolution industrielle, également appelée Industrie 4.0, ce n'est plus la machine de production individuelle qui occupe le devant de la scène. Il s'agit plutôt d'une vision d'ensemble, où les concepts de mise en réseau, de numérisation et d'intelligence artificielle (IA) occupent une place centrale. En effet, lorsqu'il est possible de contrôler de manière ciblée une installation complète ou une chaîne de production à la place d'une seule machine, la fabrication individuelle de produits présente les mêmes avantages en termes de coûts que la production de masse.
Les termes « automatisation » et « robotique » sont souvent utilisés comme synonymes. Cela s'explique par le fait que les robots sont désormais très souvent utilisés dans les techniques d'automatisation.
Ainsi, les reportages sur le thème de l'automatisation montrent généralement des robots de fabrication complexes dans l'industrie automobile. Ceux-ci assemblent des pièces de tôle lourdes et encombrantes pour former des carrosseries de véhicules et soudent les surfaces de jonction.
À proprement parler, il existe toutefois une subtile différence entre l'automatisation et la robotique. Les spécialistes entendent par automatisation l'exécution mécanique de tâches qui nécessitaient auparavant l'intervention d'un être humain. La robotique, quant à elle, décrit essentiellement le processus de développement des robots. Dans le cadre de la numérisation, un robot ne doit toutefois pas nécessairement être physiquement présent. Il peut également exister sous forme de logiciel et traiter des processus informatiques.
Pour qu'une personne puisse effectuer une tâche dans le cadre d'un processus de fabrication, elle doit posséder certaines compétences. Elle doit tout d'abord comprendre exactement ce qu'elle doit faire. Les organes sensoriels permettent de percevoir les conditions réelles et les mains effectuent les tâches nécessaires.
Il s'agit d'un cycle de régulation continu dans lequel, par exemple, le toucher fournit des informations sur la force actuelle de la main. Grâce à ces informations, le cerveau peut contrôler les muscles de la main de manière ciblée afin que les objets délicats ne soient pas écrasés lors de leur manipulation. Pour que cette activité puisse être automatisée, il faut travailler selon le même principe. Tout d'abord, un programme de commande est nécessaire, dans lequel les processus de travail requis doivent être enregistrés.
Pour pouvoir effectuer les tâches de manière mécanique, le programme de commande doit pouvoir piloter divers moteurs, vérins électriques, vannes ou relais à l'aide d'interfaces de sortie. Dans le jargon technique, ces unités d'entraînement sont également appelées actionneurs.
Un système de capteurs complet est connecté aux interfaces d'entrée de la commande. La commande reçoit ainsi toutes les informations de retour nécessaires pour établir la boucle de régulation mentionnée ci-dessus.
Dans ce cas, les automates programmables industriels (API), faciles à programmer, sont tout indiqués. De plus, les commandes disposent des interfaces nécessaires.
Même si la fonction de base des processus automatisés est toujours la même, les différentes solutions d'automatisation peuvent varier considérablement en fonction de la tâche à accomplir.
Au début de l'automatisation, les robots industriels étaient encore très coûteux. C'est pourquoi ils étaient principalement utilisés dans les domaines où il fallait produire de grandes quantités et traiter des composants lourds. Ils étaient donc principalement utilisés dans la construction automobile et la construction mécanique. En raison des capteurs limités dont disposaient les robots, la zone dans laquelle les bras robotiques se déplaçaient était proscrite aux personnes et constituait une zone interdite absolue. Mais cela a changé depuis. L'amélioration constante de la technologie des capteurs permet aux robots et aux personnes de travailler pratiquement main dans la main dans la même pièce ou la même zone de travail.
Par exemple, des capteurs de proximité détectent de manière fiable si un obstacle se trouve dans la zone de mouvement du bras. Afin d'éviter une collision imminente, le mouvement du robot est immédiatement interrompu. Ces robots qui collaborent avec les humains sont également appelés cobots (mot valise dérivé du terme anglais « collaborative robots »).
Mais les cobots intelligents présentent encore d'autres avantages. Au lieu d'une programmation complexe des séquences de mouvements, on utilise désormais le guidage manuel. Pour apprendre les séquences de mouvements parfois complexes, le bras du robot est simplement guidé manuellement dans les positions requises. Cela permet de programmer rapidement les robots intelligents et de les adapter à une grande variété de tâches.
Il existe déjà des robots mobiles ou cobots qui, grâce à leur propre système de navigation, se déplacent de manière autonome dans les ateliers et effectuent les tâches de transport les plus diverses. Cette grande flexibilité, leurs dimensions compactes et leur investissement raisonnable rendent les cobots autonomes particulièrement intéressants pour les petites et moyennes entreprises (PME). Nous avons rassemblé de plus amples informations à ce sujet dans notre guide sur les cobots.
Les principaux avantages qui plaident en faveur de l'automatisation des processus de fabrication sont les suivants :
- Réduction des coûts
- Augmentation de la productivité
- Amélioration de l'efficacité
- Assurance de la qualité
Parmi les autres avantages, citons l'optimisation des délais de fabrication et la flexibilité de production qui en découle, facilement adaptable aux besoins actuels. Les solutions d'automatisation peuvent également soulager les employés, par exemple lorsque des pièces lourdes ne doivent plus être déplacées à la main pendant l'usinage.
De nombreux employés ont une attitude plutôt conservatrice ou négative à l'égard de l'automatisation et de la robotique. Cela n'est pas surprenant, car ils craignent de perdre leur emploi au profit des robots. Une crainte qui n'est pas tout à fait infondée.
En particulier pour les activités et les profils professionnels qui ne nécessitent pas de qualifications ou de spécifications élevées. Cependant, l'utilisation de robots industriels et de systèmes robotiques est une nécessité absolue pour tous les fabricants du monde entier.
Cependant, l'automatisation et la robotique offrent également d'énormes opportunités d’évolution professionnelle. En effet, les technologies modernes et innovantes ne peuvent en aucun cas remplacer l'expérience professionnelle acquise au fil de nombreuses années. De plus, l'automatisation intelligente génère de nombreux nouveaux profils professionnels et des domaines d'activité attractifs, par exemple dans les domaines des solutions et de l'assistance. Il est donc recommandé à toutes les personnes concernées de participer activement et de manière flexible à la restructuration afin de pouvoir rester compétitives sur le marché à long terme.