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Attention LES ROBOTS COOPERENT

Mirel Scherer
- Des robots qui travaillent de concert, voilà la révolution qui s'annonce en fabrication. Elle est rendue possible par l'arrivée à maturité de plusieurs technologies et... la baisse du prix des robots.

Il s'appelle MultiMove chez ABB, Robo Team chez Kuka, mais le même concept se retrouve chez Motoman, Fanuc Robotics, Comau, Reis ou Cloos. Avec eux, la robotique coopérative fait irruption dans le monde des automatismes industriels, et tous les spécialistes considèrent qu'il s'agit d'une petite révolution. De quoi s'agit-il ? De la mise en équipe de plusieurs robots qui coopèrent les uns avec les autres. De la sorte, ils peuvent manipuler des charges ou des pièces différentes et assurer de concert toutes les tâches d'un procédé de fabrication : soudage, encollage, ébavurage, etc.

Ces possibilités ouvrent des perspectives dont les constructeurs de robots, les intégrateurs et les utilisateurs ne font que commencer l'exploration. « Les avantages envisagés sont légion », affirme Nicolas Couche, responsable produit de Fanuc Robotics, l'un des pionniers de la robotique coopérative. Et de citer : « L'élimination de certains outillages coûteux, la simplification des installations, la réduction des temps de fabrication... »

Déjà le soudage à l'arc

Comme d'habitude, c'est l'industrie automobile qui ouvre la voie. Dans ce secteur, constructeurs et équipementiers expérimentent déjà le potentiel des nouvelles solutions. C'est le cas de Renault qui utilise dans son usine de Valladolid, en Espagne, une cellule composée de deux robots Fanuc, et une installation similaire sera opérationnelle à Flins (Yvelines). L'un manipule les pièces, l'autre assure l'opération de soudage à l'arc. Une réalisation récompensée par un trophée lors du salon Industrie, édition 2002. L'équipementier allemand Benteler Automotive a, quant à lui, mis en oeuvre deux cellules Kuka identiques, soit une dizaine de robots au total. La pièce, un berceau moteur, est préparée par deux robots KR16 qui la soudent sur un positionneur. Après quoi elle est reprise par le robot KR210 qui sert de manipulateur et qui les présente à deux autres KR16 chargés de finir le travail de soudage. « Sur une installation classique équivalente, le coût des outillages représente environ 30 % de l'ensemble. Or ici, il a été divisé par deux, estime Jean-François Germain, directeur commercial de Kuka France. Sans compter que l'on a en plus augmenté la part du matériel standard, donc réutilisable en cas d'arrêt de la production ou de baisse de la cadence. » Autres avantages : « La mise au point est plus rapide et on peut louer une cellule, alors que cette option était irréaliste avec une cellule spécifique associée à des outillages dédiés. Ce dernier point est d'importance à l'heure où la location a le vent en poupe, car les investissements de production ont tendance à augmenter tandis que les trésoreries des entreprises se contractent. Et il ne faut pas oublier que la location assure un coût réel d'utilisation moins élevé. L'avantage n'est donc pas seulement technique... »

Ce cadre étant posé, deux approches techniques s'affrontent. Une prônée par ABB et Motoman et l'autre par Kuka. La première a fait sensation en mars à Paris, au salon Industrie 2004, et en juin à Automatica à Munich (Allemagne). ABB France et Motoman ont en effet présenté des armoires de commande capables de contrôler jusqu'à 36 axes. L'IRC5 du premier et la NX100 du second peuvent piloter quatre robots 6 axes coopératifs. Pionnier de la coopération avec sa précédente baie de commande XRC qui contrôlait jusqu'à 27 axes et pilotait trois robots en même temps, Motoman a exposé à Paris quatre robots qui pouvaient souder la même pièce. En fait, l'un d'eux la manipulait tandis que les autres soudaient. Architecturée comme un PC sous Windows CE, la commande NX100 cumule les performances : boîtier de programmation à écran tactile couleur, processeur à haute vitesse de traitement, mémoire étendue (60 000 pas, 10 000 instructions), communication Ethernet, contrôle de trajectoire et de vibrations amélioré, temps d'apprentissage de trajectoire réduit (de l'ordre de 30 % selon le constructeur), système expert pour la maintenance, compatibilité avec les réseaux de terrain industriels, serveur Web, élimination de l'automate programmable séparé... tout concourt à la réduction des coûts, à la simplification des systèmes de commande et à l'amélioration de la disponibilité des installations.

Une commande modulaire

Révolutionnaire à sa manière et six fois plus puissante que le modèle précédent (la S4), la baie de commande IRC5 d'ABB a fait ses preuves - aux deux salons - dans une démonstration très suggestive : quatre robots 6 axes assurant des tâches différentes dans la fabrication d'une pièce arrière de camion Volvo. Un robot IRB7600, capable de porter une charge de 500 kg, manipulait la pièce, tandis qu'un autre simulait l'opération de soudage par points et deux autres, celle d'encollage.

Quel est le secret de ce concept qui change de fond en comble la configuration des solutions robotisées de fabrication ? « C'est sa modularité », explique Philippe Charles, responsable produits et R&D d'ABB MC. « Jusqu'à présent chaque robot était piloté par une commande. Avec l'IRC5, l'architecture est divisée en trois modules indépendants qui communiquent via une liaison Ethernet de commande (un PC industriel), de puissance et de process. » Résultat ? « La flexibilité, car la commande s'adapte aux évolutions de la production par l'adjonction ou l'extraction d'un module de puissance et donc du robot commandé. » En contrepartie cependant, la programmation est plus compliquée sur ce système multirobot et ABB a dû concocter une nouvelle version de son logiciel de programmation en ligne RobotStudio. Ce dernier offre le choix entre l'utilisation d'un PC ou du nouveau pupitre de programmation FlexPendant (modulaire, à écran tactile et très facile d'emploi). « L'utilisateur dispose de plusieurs modes de programmation, précise l'expert d'ABB : mouvements indépendants, synchronisés ou coordonnés. Et cela, sans oublier que les robots commandés peuvent passer d'un mode à l'autre : un robot de soudage peut nettoyer sa torche pendant que les autres continuent les opérations. » Pour le spécialiste d'ABB, « au-delà de la réduction des coûts (de l'ordre de 10 % voire plus par rapport à une solution classique), on peut désormais réaliser des opérations qui ne pouvaient être assurées que par des machines spéciales, très onéreuses, tout en diminuant sensiblement le temps de cycle. »

La seconde approche multirobot est celle que propose Kuka. Réalisée en coopération avec un constructeur d'automobiles allemand, cette solution garde la configuration "une commande pour chaque robot", les robots coopératifs dialoguant entre eux grâce à une liaison Ethernet. « Plus coûteuse que l'approche "commande unique", elle offre en revanche une vraie flexibilité », assure Jean-François Germain de Kuka France. « On peut ainsi ajouter, au gré des besoins et sans aucune limitation due à la puissance de la baie de commande, des robots qui restent standard. Ce qui simplifie l'entretien. » Pour le moment, le nombre de robots intégrés dans une telle installation est limité à quinze, mais il pourra s'élever à terme à plusieurs dizaines voire des centaines de robots.

Avancer pas à pas

Le cerveau de la solution Kuka : le logiciel KR Sim qui, grâce à ses trois versions, assure la visualisation d'une simulation, la création d'une implantation et la modélisation des pièces ainsi que le calcul du temps de cycle réel.

La programmation hors ligne reste cependant l'un des points clés de cette démarche et des outils comme eM-Workplace de Tecnomatix et Igrip de Delmia seront des aides utiles.

Pour Patrice Robinot, directeur commercial de Reis France, la solution à adopter dépendra du cas d'application, de la cadence à fabri-quer, du type de pièce à manipuler... « Il faudra étudier le temps de changement de la pièce et regarder de près la précision des installations », souligne le spécialiste. Car plus on a de robots dans une cellule et plus la charge manipulée est forte, plus la précision s'en ressent. Les systèmes de préhension doivent être adaptés, comme le fait Cimlec pour les robots Kuka.

« Il faut rester humble et avancer pas à pas », conclut Philippe Charles d'ABB, tout en désignant les applications de soudage automobile comme l'un des domaines d'application qui seront investis le plus rapidement...

15 %

C'est l'économie en outillages que permet une cellule de quatre robots coopératifs, comme celle mise en place par Kuka chez Benteler Automotive, par rapport à la solution classique.

UN CONCEPT NOVATEUR

- Des robots travaillent ensemble en se partageant des tâches différentes mais complémentaires et coordonnées... comme des hommes travaillant en équipe autonome ! DES APPLICATIONS PROMETTEUSES - Les lignes de fabrication d'automobiles sont les premières concernées, mais l'approche peut s'appliquer à bien d'autres domaines comme le machinisme agricole, la fabrication d'engins de travaux publics, l'agroalimentaire, etc. - Restent à déterminer pour chaque nouveau champ les problèmes techniques spécifiques (programmation, disponibilité, etc.) DES GAINS SUBSTANTIELS - Amélioration de la qualité des fabrications - Réduction du temps de cycle - Réduction des coûts d'investissement (études, fabrication, etc.) et d'exploitation - Possibilité de réutilisation des cellules robotisées pour d'autres fabrications

HENRI KRAUZE RESPONSABLE DES APPLICATIONS ROBOTIQUES AU TECHNOCENTRE RENAULT«UNE PETITE RÉVOLUTION QUI POSE DE NOUVEAUX DÉFIS AUX "MÉTHODES".»

«La robotique coopérative, qui fait ses premiers pas actuellement, est intéressante à plus d'un titre. La gestion de plusieurs structures multiaxes par une seule commande améliore la qualité de fabrication. La réduction du temps de cycle est un autre atout intéressant. Elle est engendrée par la possibilité d'effectuer des travaux synchronisés et désynchronisés et par la diminution des temps de communication entre les différents robots d'une cellule ainsi que par la combinaison des différents mouvements. Nous ne sommes pas insensibles non plus à la réduction des investissements qu'engendre cette approche que nous utilisons déjà depuis un peu plus d'un an. Mais son potentiel est sans doute beaucoup plus vaste et reste à exploiter. On peut penser que ce type d'installation permettra la simplification des outillages dans les opérations d'assemblage d'automobiles. C'est une petite révolution industrielle qui pose de nouveaux défis aux concepteurs de lignes de fabrication. »

LES TECHNIQUES SONT TOUTES LÀ

La robotique coopérative est devenue possible grâce à - L'avènement des commandes multiaxes - L'architecture en réseau Ethernet - La fiabilité et la disponibilité des robots - L'augmentation de la charge manipulée, jusqu'à 800 kg... Et... la baisse des prix des robots

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