Tout savoir sur la robotisation industrielle

Comment définir la robotisation industrielle ?

Le terme robotisation désigne la mise en place de robots pour effectuer, de manière automatisée, des tâches qui étaient auparavant réalisées manuellement.

L’expression robotisation industrielle précise le cadre dans lequel se fait cette mise en place : l’usine, et en particulier ses lignes de production.

La robotisation industrielle se distingue des autres processus de robotisation car elle répond aux exigences spécifiques de l’industrie, tant en termes de cadences que d’environnement, ou encore d’exigences qualité.

Le processus de robotisation comprend aussi bien le choix du robot et sa programmation que son intégration avec une machine au sein d’une cellule, et plus largement d’une ligne ou d’un atelier de fabrication complet.

Quels sont les bénéfices d’un robot industriel ?

L’histoire raconte que le premier robot industriel a été installé en 1961 dans une usine General Motors pour manipuler des pièces de métal à la sortie d’un four. Le bras articulé utilisé pour cette opération était un dérivé des téléopérateurs créés pour l’industrie nucléaire ; il était par ailleurs programmable (c’était la grande nouveauté) et pouvait donc travailler seul.

Aujourd’hui il se vend chaque année plusieurs centaines de milliers de robots industriels dans le monde, selon les statistiques de l’IFR (Internal Federation of Robotics). Pourquoi un tel succès ? Tout simplement parce que les robots industriels ont beaucoup d’avantages à offrir.

Une productivité incomparable

Le premier moteur de développement de la robotisation industrielle est la recherche de productivité. Les robots sont rapides et ne se fatiguent pas ; ils peuvent inlassablement répéter le même mouvement, selon une trajectoire et une vitesse optimisée. Pendant des années, les roboticiens ont travaillé à raccourcir toujours un peu plus les temps de cycle pour permettre aux usines d’augmenter leur capacité de production. Les processus automatisés avec des robots sont devenus les garants de la compétitivité d’une usine.

Une qualité irréprochable

Les robots industriels sont également capables d’effectuer des gestes très précis, avec un excellent niveau de répétabilité. Ils ne commettent jamais d’erreur et sont donc indispensables pour toutes les industries où la qualité doit être irréprochable. C’est ce qui explique que la fabrication de composants électroniques et l’automobile sont les deux principaux utilisateurs de ces robots. Plus récemment, le développement des systèmes de vision a permis d’utiliser les robots pour réaliser des contrôles qualité, ou assister des humains dans cette tâche. Les robots et automates de vision ont ouvert la voie au contrôle à 100%, même pour les grandes séries.

Un confort de travail inégalable

Enfin, les robots industriels permettent de protéger la santé des salariés en évitant les mouvements pénibles et répétitifs, qui pourraient être à l’origine de troubles musculosquelettiques. Ce dernier point a boosté les ventes de robots ces dernières années. Le travail sur l’ergonomie des postes, le développement des robots collaboratifs et la simplification de la programmation ont fait du robot un argument majeur pour attirer des candidats dans l’industrie.

Quels secteurs industriels sont les plus impactés par la robotique industrielle ?

Automobile

L’industrie automobile est l’un des secteurs pionniers de la robotique industrielle. Les robots y réalisent des opérations de soudage, d’assemblage, de peinture, de manutention et de contrôle qualité à très haute cadence.
Face à la pression sur les coûts, à la nécessité d’améliorer la qualité et à la diversification croissante des modèles, les constructeurs et équipementiers s’appuient sur la robotisation pour gagner en productivité, en flexibilité et en compétitivité.

Aéronautique

L’industrie aéronautique impose des exigences particulièrement élevées en matière de qualité, de précision et de traçabilité. Les robots industriels interviennent dans le perçage, le rivetage, l’assemblage de structures, le contrôle dimensionnel et les opérations de finition.
La robotisation permet de sécuriser les procédés, de réduire les variations de qualité et d’accompagner la montée en cadence des programmes industriels tout en maintenant des standards de sécurité extrêmement élevés.

Agroalimentaire

L’agroalimentaire fait face à des enjeux majeurs de sécurité sanitaire, de traçabilité, de pénibilité et de recrutement. Les robots sont utilisés pour le conditionnement, le tri, l’emballage, la palettisation ou encore la manutention de produits alimentaires.
La robotique industrielle permet d’améliorer l’hygiène des procédés, d’augmenter la productivité et de répondre aux besoins de flexibilité liés à la multiplication des références et des formats de conditionnement.

Industrie pharmaceutique et médicale

Dans les secteurs pharmaceutique et médical, les exigences réglementaires et qualitatives sont particulièrement strictes. Les robots interviennent dans l’assemblage, le remplissage, le conditionnement, la manipulation de dispositifs médicaux et le contrôle qualité.
Ils contribuent à garantir la répétabilité des opérations, à réduire les risques de contamination et à améliorer la traçabilité des productions.

Bâtiment et construction

Longtemps peu automatisé, le secteur du bâtiment adopte progressivement la robotique pour certaines opérations comme la préfabrication, l’impression 3D béton, la découpe, le perçage ou la manutention de matériaux.
La robotisation contribue à améliorer la sécurité, à réduire la pénibilité et à répondre aux difficultés de recrutement rencontrées par le secteur.

Comment la France se positionne-t-elle ?

L’industrie française a longtemps été à la traîne dans le processus de robotisation. Les choses s’améliorent depuis quelques années. Toujours selon les statistiques de l’IFR, notre pays se classait en 2022 au 3e rang en Europe et au 8e rang mondial pour le nombre de nouveaux robots installés. Mais en matière de densité de robots, nous sommes à peine au-dessus de la moyenne mondiale avec 180 robots pour 10 000 employés. À titre de comparaison la Corée, numéro un mondial, compte plus de 1000 robots pour 10 000 employés.

La robotisation industrielle des PME s’intensifie

L’objectif de la filière robotique est désormais de démocratiser les robots pour les rendre accessibles aux PME. Ces entreprises sont en effet majoritaires dans notre tissu industriel et doivent impérativement être accompagnées pour maintenir elles aussi leur compétitivité. Bosch Rexroth collabore par exemple avec Proxinnov, cluster robotique et centre de ressources technologiques pour la création d’usines intelligentes. Les robots industriels sont une pierre angulaire de l’Industrie 4.0, et demain de l’Industrie 5.0. Ils progressent pour s’ouvrir à un spectre toujours plus large d’opérations de fabrication, les plus récentes étant les opérations de parachèvement et de finition.

Les différents robots industriels et leurs applications

Il existe différents types de robots industriels : polyarticulé, cartésien , scara, parallèle, etc. Le robot se définit en effet comme un système automatisé commandé automatiquement, polyvalent et reprogrammable, et cette définition fonctionne avec différentes conceptions mécaniques.

Chaque type de robot a ses avantages et ses tâches de prédilection. Le plus polyvalent est sans doute le robot polyarticulé, capable de se rapprocher au plus près des mouvements du bras humain avec ses 6 degrés de liberté, voire aujourd’hui un septième, sur certains modèles.

Les opérations de manipulation

Les robots industriels chargent et déchargent différents types de machines (presses, centres d’usinage par exemple). Ils se saisissent de pièces dans des bacs et viennent ensuite les orienter correctement sur un poste. Ils prélèvent des produits à toute vitesse sur des tapis de convoyage pour les placer dans des boîtes. Ils agencent les cartons sur les palettes en fin de ligne.

Les opérations de parachèvement et de finition

Les dernières générations de robots sont capables de reproduire des gestes dont on a longtemps pensé qu’ils resteraient l’apanage des humains, tant ils nécessitent un savoir-faire particulier. Le ponçage, le polissage, tout comme la peinture, peuvent être robotisés. Et avec les nouvelles méthodes disponibles pour dicter au robot sa trajectoire, c’est l’expert humain qui va apprendre son geste au robot.

Les opérations d’assemblage

Les robots savent aussi souder depuis longtemps, déposer un cordon de colle, clipser des pièces, et même riveter. Ils sont indispensables sur de nombreuses lignes d’assemblage automatisé, où ils cohabitent avec des postes manuels assistés par des systèmes intelligents.

L’assistance à l’opérateur avec les robots collaboratifs

L’arrivée des robots collaboratifs, c’est à dire de robots qui peuvent partager le même espace de travail qu’un être humain sans avoir besoin de barrières de sécurité, a donné naissance à de nouvelles applications. Les robots peuvent manipuler/déplacer des pièces très lourdes pour leurs collègues humains. Ils peuvent aussi tenir ces pièces pendant que l’humain travaille dessus.

L’assistance à l’opérateur est un nouveau champ de développement de la robotique dans l’industrie, avec des vitesses de travail moins élevées, qui se rapproche donc de la robotique de service : ici c’est l’humain qui est prioritaire.

Robotisation industrielle et nouvelles technologies

Bien qu’on puisse avoir l’impression, si l’on s’en tient à leur aspect extérieur, que les robots industriels évoluent peu, ils apprennent en fait à faire toujours plus de choses grâces aux avancées des technologies digitales. Voyons ce que leur apportent certaines de ces nouvelles technologies :

Vision 3D, capteurs intelligents, IA et deep learning

Qu’elles soient utilisées ensemble ou séparément, ces technologies ont pour but de donner de l’autonomie aux robots. Elles lui permettent de mieux percevoir son environnement, de comprendre quelles implications cet environnement a sur les tâches à réaliser, et de prendre des décisions sur la solution qu’il doit mettre en oeuvre. C’est grâce à ces technologies par exemple que les AGV (Automatic Guided Vehicles) sont devenus des AMR (Autonomous Mobile Robots).

Le développement de l’autonomie des robots est essentiel pour tous les projets de fabrication intelligente, dans lesquels les lignes peuvent se reconfigurer automatiquement en fonction du produit à fabriquer. Il est également important pour augmenter le nombre de robots dans les opérations de logistique, ou dans des domaines très pointus comme le tri des déchets par exemple.

Programmation low code

Une autre grande tendance de la robotique industrielle est la simplification de la programmation, avec des interfaces low code (voire no code). Fonctions pré-développées qu’il suffit de glisser-déposer pour créer un nouveau mouvement, création d’une trajectoire en déplaçant la tête du robot à la main, ou encore simulation d’une application dans un environnement virtuel, comme dans un jeu vidéo : toutes ces options sont autant de moyens de démocratiser l’usage des robots et d’impliquer les utilisateurs dans leur programmation.

Les nouvelles technologies contribuent à rendre nos robots industriels toujours plus flexibles et polyvalents. Au point que l’on peut imaginer les déplacer d’un poste à un autre au cours d’une même journée. Au point qu’ils deviennent rentables, même sur des fabrications en petites séries. Ils gagnent en agilité là où ils se caractérisaient à leurs débuts plutôt par la rigidité.