Des robots cognitifs pour accélérer les processus de production des PME
Pour permettre aux robots industriels de s'écarter des tâches répétitives, le projet SMEROBOTICS (The European Robotics Initiative for Strengthening the Competitiveness of SMEs in Manufacturing by integrating aspects of cognitive systems) a cherché à les doter d'aptitudes cognitives. «La cinématique d'un robot standard à six ou sept axes peut atteindre des positions et une orientation presque arbitraires dans la portée couverte et, de surcroît, avec une grande précision et rapidité élevée. Mais pour pouvoir réaliser des tâches utiles, le robot doit être doté de capteurs, de pinces et d'autres outils. Par ailleurs, il doit être intégré au site de production et interfacé avec les autres systèmes afin de pouvoir effectuer une tâche. Cela nécessite un logiciel complexe coûteux, et oblige à renoncer à la flexibilité du matériel», affirme Martin Hägele, responsable du département robot et systèmes d'assistance à Fraunhofer et coordinateur de SMEROBOTICS. Le déploiement d'un système robotique est donc coûteux et chronophage, et n'est réalisable d'un point de vue économique que si le robot est en fonctionnement permanent et effectue la même tâche le plus longtemps possible afin de maximiser le retour sur investissement. Cela ne répond pas vraiment aux besoins de production d'une PME. Avec son équipe, Hägele pense que rendre les robots «cognitifs» — autrement dit, les doter d'aptitudes avancées de programmation, de raisonnement et de traitement des données de capteur — est la solution. Des robots intelligents qui collaborent avec les hommes Contrairement à ses ancêtres, le robot cognitif peut recevoir des ordres sans qu'il lui soit forcément précisé comment les exécuter. «L'ouvrier peut marquer les surfaces de la pièce qui doivent être assemblées sur une interface utilisateur graphique ou définir graphiquement l'endroit où les grands panneaux de bois devraient être placés et où ils doivent être cloués. Le système calcule automatiquement les trajectoires nécessaires du robot, y compris les changements d'outils nécessaires, et exécute enfin la tâche», explique Hägele. Les capacités cognitives du robot lui permettent d'identifier les différences d'un processus et les conditions d'erreur. Il apprend en observant, raisonne pour déterminer les causes des erreurs, s'adapte automatiquement pour reproduire le processus normal ou demande une intervention de l'utilisateur pour apporter des mesures correctives adaptées à l'importance de la variation. Le système apprend à partir des réponses apportées par l'utilisateur afin d'améliorer la précision de ses messages et les solutions suggérées. Enfin, il facilite l'intégration du système entre les fournisseurs grâce à un code de liaison qui s'adapte aux normes appliquées par les différents fournisseurs — une tâche qui jusqu'à présent ne pouvait être effectuée que par des experts de la programmation. La coopération homme-machine améliorée constituait également un point clé étudié par le consortium. Dans une PME, les employés détiennent la plupart de la connaissance, et les tentatives passées pour rendre ces connaissances explicites en les programmant dans un système robotique standard ont eu peu de succès.«C'est comme lorsque l'on cuisine», affirme Hägele. «Il est facile de noter tous les ingrédients d'un plat, d'indiquer l'ordre dans lequel il faut les intégrer, de préciser les quantités et les étapes et le temps nécessaires, mais il est pratiquement impossible de décrire en détail le ressenti que doit procurer une bouchée du plat correctement exécuté. La seule façon d'apprendre vraiment est d'apprendre du maître.» Avec SMEROBOTICS, l'employé qualifié est le maître et le système robotique l'apprenti. «Un flux de travail habituel serait le suivant: le système scanne les nouvelles pièces à travailler, identifie automatiquement les joints de soudure nécessaires sur la base des modèles CAO fournis ou de l'heuristique géométrique et propose au soudeur les paramètres appropriés. Par la suite, il génère automatiquement le programme de soudure», explique Hägele. «Le soudeur peut soit opérer des changements dans le programme à travers une interface utilisateur intuitive soit l'exécuter aussitôt. Tous les changements souhaités sont appris par le système et pris en compte dans les tâches suivantes. À l'aide d'algorithmes d'apprentissage machine de pointe, le système peut enregistrer et analyser de nombreuses tâches de soudure différentes et en déduire des règles sur la façon d'effectuer au mieux une nouvelle tâche. Cette collaboration allie la connaissance d'un expert en soudure à la qualité du processus constant du robot de soudure. C'est ce que nous appelons la 'collaboration symbiotique homme-robot': l'employé bénéficie de la puissance, de la précision et de l'endurance du robot, et celui-ci tire parti de l'expérience et des connaissances de l'employé». Du laboratoire à la mise sur le marché SMEROBOTICS a mis au point de nombreux composants technologiques destinés aux intégrateurs du système ainsi que des cellules complètes de travail pour les sites d'utilisateurs finaux. Les solutions portent sur l'assemblage, la soudure et la menuiserie. D'autres cas d'utilisation courante ont été développés dans le cadre du projet, qui a récemment présenté huit cellules de travail en cours et trois technologies supplémentaires lors du salon AUTOMATICA en juin. Citons «CoWeldRob», une cellule de soudure qui permet aux composants pré-assemblés d'être soudés en continu en quelques étapes simples et a déjà réduit d'un facteur de 20 à 30 le temps de production d'une petite entreprise familiale de soudure. Les autres progrès incluent un robot à deux bras ayant le même rôle qu'un employé et capable de souder de grands composants dans le secteur de la construction; et une cellule présentant des tolérances de l'ordre du micromètre pour laquelle les tests ont déjà révélé un taux d'erreur réduit de 30 % pour l'assemblage de la bobine par rapport au processus manuel actuel. Le consortium a travaillé en étroite collaboration avec des PME depuis le début du projet et, depuis son achèvement en juin 2016, est à la recherche d'utilisateurs finaux pour mettre en œuvre les cellules dans leurs cas d'utilisation spécifiques. Les modules logiciels de programmation intuitive et de génération de programmes sont disponibles en tant que modules autonomes et peuvent déjà être utilisés par les fournisseurs de robots et de TI industrielles dans leurs propres solutions. Les composants ou technologies pourraient être partiellement implémentés dans la production des PME ou être complètement intégrés en tant que cellule de travail. «La cellule de soudure et l'assemblage de la valve hydraulique devraient être commercialisés dans l'année à venir. Des projets similaires, bien que moins concrets, existent pour le système de soudure à deux bras, et pour certains des services logiciels mis au point dans le projet», Hägele conclut.
Mots‑clés
Robotique, SMEROBOTICS, PME, fabrication, processus de production