Machpro 849 16/04/07

Des robots et des hommes

L’automatisation de son outil de production, souvent salutaire, peut être opéré de manières diverses. Néanmoins la robotisation vient directement à l’esprit. Le secteur assume sereinement sa fraîche majorité. Les développements sont aussi nombreux et pertinents que leurs directions sont variées. En voici quelques-unes.

Un accroissement de productivité est très certainement l’objectif principal des entreprises qui mettent en place des systèmes automatisés de production. Il s’agit de réduire le temps nécessaire à l’ensemble du processus industriel, conception et fabrication comprises. On s’efforce alors de diminuer les temps élémentaire de chaque opération, les temps de liaisons interopérations ainsi que les temps morts, grâce à la multiplication d’opérations en temps masqués.
Le succès de l’opération se mesure à la pérennité des gains réalisés. L’évolution de la rentabilité est due à de nombreux facteurs comme la diminution des consommations de matière, la souplesse de l’appareil productif, l’augmentation de la fiabilité des installations où réside l’un des gains les plus importants apportés par l’automatisation.

A ces différentes exigences, la robotisation répond parfaitement pour autant que l’implantation soit parfaitement étudiée.

Choix du robot
Les parents « Robot » ont une famille étendue dont les membres se distinguent dans des taches précises. Pour l’assemblage en particulier et la manipulation, les robots Scara par exemple ont fait leur preuve. Leur conception poly articulée avec des axes parallèles verticaux offre une excellente réactivité et une précision intéressante, qui leur assure une parfaite réussite en dehors de leur secteur originel, l’automobile.
Après le lancement des robots RS Scara, Stäubli Robotics (E.461) propose un nouveau modèle RS20 qui se distingue par une grande compacité et des vitesses élevées. Son harnais est intégré à l’intérieur du bras jusqu’à la bride afin de connecter l’outil directement à l’extrémité du robot. Produit de 25 années d’expérience dans la robotique, ce développement cible de nombreuses applications, en particulier la manipulation de petits composants mécaniques, électriques et électroniques grâce à sa répétitivité de ± 0,035 mm. Ces 4 degrés de liberté lui ouvrent un rayon d’action de 220 mm, avec une course de 100 mm.
Les robots disposent d’aptitudes toujours plus étendues pour des pièces pouvant atteindre plusieurs centaines de kilogrammes. Ainsi, conjointement au développement d’une série des petits robots à six axes compacts,, rapides et maniables, la société Kuka Roboter (E.462) combine à présent la cinématique à six axes à la technique linéaire. Le concept repose sur un robot à bras coudé pour lequel la fonction du premier axe de rotation est remplacée par l’axe linéaire pour des opérations sur des pièces à grand volume aux opérations de prélèvement complexes. Ce produit, Kuka Jet, est approprié pour les applications caractérisées par de longues distances où l’on peut renoncer à l’application de l’axe 1, comme pour le moulage par injection, la construction mécanique et la logistique. L’installation permet également une évacuation ou sortie longitudinale des machines. Il est également possible de positionner plusieurs machines les unes derrière les autres sur un même axe, pour une manutention optimisée de charges allant de 30 à 60 kilogrammes.

S’il faut parler de productivité
Le choix du robot n’est qu’un des éléments de réussite de l’installation. En effet, la fiabilité d’un système intégré est la conséquence de celle de chaque machine, le système est cumulatif. Aujourd’hui, la plupart des sites industriels n’atteignent pas plus de 60 % à 70 % de leurs objectifs de productivité. Si les méthodes manuelles de suivi de production permettent une première approche de calcul de la performance, la marge d’incertitude reste grande. Or il est essentiel d’évaluer les facteurs de pertes de productivité, et d’identifier les gisements de gains possibles. Sensibilisé, ABB (E.463) a développé un outil d’analyse et d’optimisation du taux de rendement synthétique, Real-TPI. Capable de suivre de 1 à 40 machines, il enregistre en temps réel de fonctionnement des équipements. Grâce à ces mesures automatiques, le fabricant peut intervenir ponctuellement en mode curatif pour analyser des disfonctionnements et pertes de productivité d’une machine avant de la remettre à niveau.
La productivité dépend en outre de la complexité des tâches réalisées. Rendre la vue au robot, toujours un fantasme ?… Basé sur un développement conjoint avec Cognex (E.464), ABB simplifie l’utilisation de la caméra intelligente « In-Sight ». Un module accélère l’appropriation de l’installation, en outre passant les inconvénients d’une intégration. Il s’agit de créer une interface simple avec la possibilité d’afficher sporadiquement des images de pièces pour que l’utilisateur isole les éléments défectueux.
L’utilisation de l’informatique améliore donc la performance des installations, de même que leur standardisation. L’écran tactile d’un pupitre, comme nous l’avons vu, offre une meilleure accessibilité qui simplifie l’utilisation du robot sans exclure certaines difficultés en période de mise au point. Comme dans d’autres métiers, la réponse logicielle apparaît immédiatement. Dans l’automobile par exemple 80 % des programmes sont réalisés hors ligne. Roboguide, développé par Fanuc (E.465), est un logiciel de simulation hors ligne, sur la base d’un contrôleur robot virtuel. Il permet de concevoir et tester en 3D des systèmes robotisés avant d’installer physiquement le robot. Le logiciel importe des fichiers CAO de pièces, de machines ou de tout autre élément de travail de la cellule. Il simule également le fonctionnement complet de la cellule robot, afin d’évaluer les temps de cycle et valider l’enveloppe de travail.

Installation et occupation
Concrètement, le robot nécessite une enveloppe qui dépasse son volume effectif de travail.

Pour réduire ces espaces morts, le fabricant Motoman (E.466) avait développé des robots à double bras, DA20, parfaitement adapté aux taches d’assemblage notamment. Avec cet esprit identique de maximiser les volumes de travail de leurs robots, ABB propose un robot compact pour des charges de 150 kg, l’IRB 6620. Les vérins d’équilibrage au niveau de l’axe 2 ont été éliminés. Les concepteurs ont élaboré cette structure afin de gagner en compacité au niveau de la base, tout en libérant l’axe 2. Ainsi la course verticale propose une allonge de 2200 mm. Ce robot polyvalent peut être installé au sol, en position inversée, sur montage ou incliné sans problème de débattement. Incliné jusqu’à 15°, il peut travailler à plus de 1 m au-dessous de son pied. Conçu pour les endroits exigus, pour les cellules nécessitant un nombre plus important de robots, il offre un rapport impressionnant entre la charge embarquée et la charge totale.
Au-delà des qualités intrinsèques des robots, la productivité du projet d’automatisation dépend de la facilité d’installation dans une structure préexistante. En effet, le robot s’accompagne inévitablement d’outils de pilotage et d’alimentation. Dans les armoires de commande, comme celle de la nouvelle génération IRC5 d’ABB, se cache un potentiel d’ergonomie et de simplification de l’installation. La modularité de ce coeur artificiel constitue un pas significatif, puisqu’elle propose avec une séparation logique des fonctions entre la commande, l’asservissement des axes et le process. En d’autres termes, il devient possible de moderniser un module ou de remplacer ce dernier en minimisant les interférences avec les autres. L’élément clé de cette « convivialité » réside dans le pupitre de programmation, Flexpendant, doté d’un écran couleur tactile et son environnement intuitif. De plus, la fonction supplémentaire MultiMove permet l’utilisation coordonnée de plusieurs robots jusqu’à 4 dans une même cellule. Chaque module est logé indépendamment dans sa propre armoire. Il n’y a plus qu’un seul point de connexion à la cellule complète équipée de plusieurs robots. Cela se traduit par une réduction des coûts d’étude et de connexion à l’automate, ethernet et aux dispositifs de sécurité.

A quoi rêvent ils ?
Néanmoins, les normes traitant de la sécurité dans le domaine de la robotique et des systèmes automatisés sont en passe de modifier de façon importante la conception des robots et des systèmes de sécurité pour les installations robotisées. Auparavant la norme ISO 1078 traitait du produit au système de sécurité. Dorénavant elle est divisée en deux parties. Avec une orientation mécanique, une première est centrée sur la conception des robots. La deuxième concerne les fonctions logicielles. Cette nouvelle norme devrait dépasser le coté restrictif de la norme qui tendait à réduire toutes les questions de sécurité à un éloignement entre l’opérateur et la machine. Ainsi une des évolutions majeures vient de l’utilisation de logiciels « certifiés » pour les fonctions de sécurité, qui étaient jusque là remplies uniquement par des solutions matérielles.
Le fabricant ABB travaille sur des produits et des fonctionnalités spécifiques liés à la sécurité pour son armoire de commande robot l’IRC5. Il développe un nouveau concept appelé « SafeMove » qui permet de gagner du temps de cycle tout en gardant le même mode opératoire. En effet il devient par exemple inutile de devoir attendre que l’opérateur soit sorti de la zone critique pour repasser en mode automatique et remettre sous-tension les moteurs du robot. Parallèlement, Saferobot de Kuka est une option installée en production sur n’importe quel robot de la gamme. Elle prévient tout aléas dans l’asservissement du robot. En cas de problème, le robot s’arrête. Les objectifs sont multiples: autonomie sécuritaire de la machine, reprise de contact homme-machine, gain de surface. Ces dernières évolutions démontrent que les normes ne sont nullement un handicap à la productivité mais une manière opportune de repenser son métier.
Au niveau mondial, on dénombre environ un million de robots, un nombre en constante augmentation. Le développement de la robotique provoque des modifications de structures industrielles importantes. Et si le futur de la robotisation se lisait aujourd’hui dans les rêves des moutons électriques ?