CONTRÔLE-COMMANDE : AUTOMATES ET ROBOTS, PILIERS DE LA DIGITALISATION OPÉRATIONNELLE

ALORS QUE LES OUTILS PROPREMENT INFORMATIQUES COMME LES SUITES BUREAUTIQUES ET LES PROGICIELS DE GESTION INTÉGRÉS SOUVENT APPELÉS ERP , GOUVERNENT LARGEMENT LA PRODUCTION ET LES ÉCHANGES DE DOCUMENTS AINSI QUE LA COLLECTE ET L’EXPLOITATION DES DONNÉES CHIFFRÉES ET COMPTABLES, LE MONDE DE LA PRODUCTION OÙ SONT FABRIQUÉES ET ASSEMBLÉES LES PIÈCES CONSTITUANT LES PRODUITS MANUFACTURÉS, REPOSE SUR DES RESSOURCES NUMÉRIQUES ENCORE TROP PARTIELLEMENT UNIFORMISÉES.
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Au plus profond de l’appareil de production se trouve « la machine ». On peut regrouper sous ce terme aussi bien les machines-outils comme les tours, fraiseuses et ajusteuses qui ont fait les belles heures de l’industrie conquérantes des Trente Glorieuses que les machines spéciales remplissant une fonction unique. Des robots et des systèmes d’approvisionnement asservis sont venus s’ajouter à l’ensemble pour constituer des lignes de production complètes.

Reliés aux équipements par des bus de communication, des automates commandent les opérations selon des cadences bien orchestrées. Mais dans ce concert mécatronique, les lignes de production constituent souvent des îlots autonomes dont les responsables ne connaissent que les rendements par lots, les taux de fonctionnement et les coûts d’entretien.

AUTOMATES ET ROBOTS, PILIERS DE LA DIGITALISATION OPÉRATIONNELLE

L’Industrie 4.0 promeut une toute autre approche : l’appareil de production ne doit plus être un agrégat d’îlots spécialisés qui œuvrent de concert avec un rendement jugé satisfaisant mais constituer un ensemble dont le fonctionnement est suivi en temps réel jusque dans ses moindres détails pour en optimiser l’orchestration, réduire la consommation énergétique, allonger la durée de vie, etc. Ce bond à la fois quantitatif et qualitatif, repose sur un véritable socle technologique d’une part, et une transformation profonde du management opérationnel de l’autre.

DES TECHNOLOGIES ET DES HOMMES

Pour coordonner un ensemble de machines de production, d’équipements servant à leur approvisionnement et à leur déchargement et de dispositifs de surveillance, de régulation, de métrologie, etc., il faut disposer d’un moyen de remonter les informations produites par chaque îlot à une vitesse suffisamment élevée pour qu’elles restent pertinentes et donc, valorisables.

C’est le réseau informatique industriel qui se charge de transmettre les données vers un outil de supervision centralisé quand il existe et qui permet la coordination des machines entre elles, par la synchronisation des applications d’automatisation qui les contrôlent. Pour l’heure, ces liaisons en réseau reposent sur différents standards dérivés de la norme Ethernet afin d’assurer des échanges de données déterministes, c’est-à-dire, dont la durée d’acheminement est garantie dans des limites plus ou moins strictes, ce qui permet de parler de réseau temps-réel. Les instances de normalisation internationales semblent décidées à mettre de l’ordre dans ce domaine en fixant les protocoles et les techniques régissant le Time Sensitive Networking (TSN).

Coordonner le travail de machines et d’équipements de natures diverses, nécessitent d’avoir une connaissance détaillée de leur fonctionnement interne afin de mieux comprendre quel paramètre ou quelle dérive d’un caractère physique (température, pression, etc.) peut conduire à une baisse de la qualité sur l’équipement concerné, voire à une perte de synchronisation avec les autres éléments composant la ligne de production.

C’est ici que règnent en maître les capteurs de grandeurs physiques, les dispositifs de détection et les caméras de vision industrielle auxquels s’ajoutent les dispositifs de sécurité comme les commandes d’arrêt d’urgence. Outre l’information instantanée qu’il véhicule, un capteur peut s’inscrire dans un schéma plus global en mettant à la disposition d’un système de supervision, une donnée qui pourra être corrélée avec d’autres pour constituer un système analytique élargi. Comme dans le domaine des réseaux temps réel, il faut ici aussi, standardiser voire, normaliser pour permettre la constitution d’un Internet des objets à finalité industrielle (IIoT). Outre le support physique de communication, c’est sur une adoption commune de protocoles reconnus pour leur efficacité à l’instar de OPC UA ou MQTT, que reposera l’efficacité d’une meilleure connaissance du fonctionnement de l’appareil industriel en incluant ses multiples dérives ponctuelles au fil du temps.

DRONES ET ROBOTS COLLABORATIFS

Pendant des décennies, l’automatisation et la robotisation ont participé à réduire le nombre d’opérateurs présents au sein de l’appareil de production. Pour difficile à accepter qu’elle soit, cette réalité a largement contribué à mettre certains biens de consommation à la portée du plus grand nombre comme c’est le cas d’un bout à l’autre du Globe avec la voiture et l’électroménager.

Cela dit, l’exercice a ses limites et il n’existe aucune usine au monde dont les promoteurs soient en mesure d’affirmer qu’elle fonctionne sans la moindre intervention humaine. Mieux, on redécouvre aujourd’hui que la main et l’intelligence humaine remplacent avantageusement la machine dans certaines opérations, tout spécialement lorsqu’il faut adapter un produit ou le personnaliser. En Europe comme aux Etats-Unis, un réel effort est entrepris pour réduire la pénibilité des postes de travail dans l’industrie. Certaines techniques de management des ressources humaines apportent des solutions. C’est ainsi que depuis parfois plusieurs décennies, quelques entreprises autorisent leurs ouvriers et ouvrières à remplir différentes fonctions au fil des jours, voire dans une même journée. On peut ainsi réduire la monotonie et la pénibilité des tâches.

Une autre approche qui peut être complémentaire, consiste aujourd’hui à ne plus mettre en compétition l’humain et le robot industriel mais à les faire travailler ensemble. La robotique collaborative fait partie des technologies les plus prometteuses pour construire l’Industrie du Futur.

En raison des dangers que représentent sa vitesse de déplacement, l’amplitude de ses mouvements et l’inertie de son bras, les humains sont tenus à bonne distance d’un robot industriel par des grilles le plus souvent en acier et plus rarement, par une barrière immatérielle. A l’inverse, le robot collaboratif sera le plus souvent bardé de capteurs pour détecter la moindre présence afin d’adapter sa vitesse de travail en conséquence. Certains de ces équipements servent déjà à soulever des charges pour les présenter à un opérateur ou une opératrice qui pourra ainsi se concentrer sur une tâche à valeur ajoutée comme un assemblage complexe, une mesure fonctionnelle ou un contrôle qualité.

Robotique et automatisation ont dépassé le stade de la défiance, pour avec l’Industrie 4.0, entrer dans le temps de la confiance.