L’évolution et l’avenir de la robotique dans l’industrie

Les emplois industriels consistent souvent à effectuer encore et encore les mêmes tâches physiques, comme soulever et assembler des pièces lourdes. Ces tâches manuelles peuvent être risquées. En 2023, 5 283 accidents du travail mortels ont été signalés aux États-Unis uniquement.

Cependant, grâce à l’utilisation croissante de robots industriels intelligents et de technologies comme l’intelligence artificielle (AI) et la vision par ordinateur, bon nombre de ces tâches à haut risque sont désormais prises en charge par des machines. Les robots utilisés dans l’industrie manufacturière peuvent maintenant soulever des matériaux lourds, inspecter les équipements pour détecter d’éventuels problèmes et travailler aux côtés des personnes afin d’améliorer la sécurité et l’efficacité dans l’usine.

Dans cet article, nous examinerons comment les robots industriels transforment le fonctionnement des usines et contribuent à créer des environnements de travail plus sûrs et plus productifs. Commençons !

Que sont les robots industriels ?#

Les robots industriels sont des machines intelligentes conçues spécifiquement pour faciliter les tâches de production. Plus précisément, les robots utilisés dans l’industrie manufacturière sont généralement conçus soit pour soulever de lourds composants, comme des pièces automobiles ou d’avion, soit pour effectuer très rapidement des tâches minuscules et minutieuses, comme assembler des circuits électroniques ou emballer des produits.

Contrairement aux robots humanoïdes que l’on voit souvent dans des films de science-fiction comme The Terminator ou I, Robot, les robots industriels sont généralement fixes et équipés d’un seul bras robotisé. En règle générale, ce bras peut se déplacer dans plusieurs directions et être programmé pour différents travaux de production, comme le soudage, l’assemblage ou le déplacement de matériaux.

Les robots industriels sont particulièrement efficaces pour effectuer rapidement et précisément des tâches répétitives sans avoir besoin de pauses, ce qui les rend idéaux pour les usines et les entrepôts. Ainsi, plus de 4 millions de robots sont utilisés dans les usines du monde entier.

Types de robots industriels#

Les robots d’usine sont de plus en plus courants et prennent en charge un large éventail de tâches. Voici quelques types de robots industriels et la manière dont ils sont utilisés pour rendre le travail en usine plus efficace et plus sûr :

• Robots cartésiens : Également appelés robots portiques, ces robots se déplacent en ligne droite grâce à trois articulations coulissantes le long des axes X, Y et Z. Leur conception simple permet une grande précision, ce qui les rend idéaux pour les tâches de production et d’automatisation.

• Robots articulés : Ces robots à bras articulé imitent les mouvements d’un bras humain grâce à plusieurs articulations rotatives. Ils offrent une grande flexibilité et une large amplitude de mouvement, et sont couramment utilisés pour l’assemblage, la peinture et l’emballage.

• Robots delta : Dotés de trois bras légers reliés à une base triangulaire, les robots delta sont conçus pour la rapidité et l’agilité. Ils sont particulièrement adaptés aux opérations de prise et de dépose à grande vitesse, notamment dans le secteur de l’emballage.

• Robots polaires : Parmi les premiers types de robots industriels, les robots polaires utilisent une combinaison d’articulations rotatives et linéaires pour offrir une amplitude de mouvement sphérique. Ils sont utiles pour les tâches nécessitant une portée large et multidirectionnelle.

• Robots SCARA : Abréviation de Selective Compliance Assembly Robot Arm, les robots SCARA utilisent deux articulations rotatives et une articulation linéaire. Ils sont idéaux pour les tâches nécessitant des mouvements horizontaux et verticaux rapides et précis, comme l’assemblage électronique et la transformation alimentaire.

Histoire de la robotique dans l’industrie manufacturière#

Avant d’examiner des exemples précis de l’impact des robots industriels, intéressons-nous à l’évolution des robots dans l’industrie manufacturière afin de mieux comprendre comment la robotique industrielle a changé au fil des années :

• Premières étapes de la production (ère prérobotique) : Avant la robotique, la production reposait entièrement sur la main-d’œuvre manuelle et des outils rudimentaires. La révolution industrielle a introduit la vapeur, les machines et les chaînes de montage, ce qui a accru la productivité, mais de nombreuses tâches sont restées répétitives, dangereuses ou exigeantes en main-d’œuvre.

• Introduction des robots industriels (années 1950 à 1980) : En 1954, George Devol a inventé Unimate, le premier robot programmable. En 1961, General Motors l’avait déployé pour le moulage sous pression et le soudage, et il est devenu le premier robot industriel utilisé en production. Cela a marqué un tournant majeur en automatisant les tâches dangereuses et répétitives, notamment dans la construction automobile.

• Expansion et perfectionnement (années 1990 à 2000) : Les robots sont devenus plus rapides, plus précis et plus abordables. Leur utilisation s’est étendue à des secteurs comme l’électronique, l’industrie pharmaceutique et la transformation alimentaire. L’automatisation flexible a permis aux robots d’effectuer plusieurs tâches avec un minimum de reprogrammation.

• Essor des robots collaboratifs (années 2010 à aujourd’hui) : Les robots collaboratifs, ou cobots, sont apparus pour travailler en toute sécurité aux côtés des humains. Grâce à des capteurs intégrés, à l’AI et à des systèmes de caméras, ils peuvent s’adapter à leur environnement et contribuer à des tâches complexes ou délicates.

Fig. 1. Robot Unimate de George Devol. (Source)

À l’avenir, les robots industriels deviendront probablement encore plus intelligents et adaptables. Des chercheurs et des ingénieurs travaillent activement sur des technologies permettant aux robots d’apprendre, de s’adapter à de nouvelles situations et de collaborer plus étroitement avec les personnes de manière utile et dynamique.

Exemples de robotique industrielle#

Examinons maintenant des exemples concrets de robots utilisés dans l’industrie manufacturière et la manière dont ils sont employés dans les usines.

Les robots industriels dans la construction aéronautique#

La construction aéronautique implique des processus complexes et délicats, notamment pour les gros appareils comme le Boeing 777. Par exemple, l’assemblage d’un seul 777 nécessite plus de 60 000 rivets. Traditionnellement, cette tâche mobilisait deux ouvriers : l’un pour utiliser le pistolet à rivets et l’autre pour maintenir une barre d’acier derrière le panneau afin de fixer l’attache.

Ces tâches peuvent être physiquement éprouvantes et entraîner des blessures aux bras, au dos et aux épaules. De plus, la précision est essentielle dans la construction aéronautique, qui laisse très peu de place à l’erreur.

Pour améliorer ces flux de travail, Boeing a adopté des robots industriels. Dans son usine de 777 à Everett, dans l’État de Washington, l’entreprise a mis en place le système Fuselage Automated Upright Build (FAUB), un processus d’assemblage robotisé conçu pour automatiser le perçage et le rivetage des sections du fuselage.

Fig. 2. Des robots FAUB travaillent sur le fuselage d’un avion Boeing. (Source)

Une fois programmés, ces robots peuvent percer des dizaines de milliers de trous parfaits pour les rivets. Contrairement à l’ancienne installation équipée de bâtis fixes, les robots FAUB sont mobiles et peuvent se déplacer le long des chaînes d’assemblage sur des véhicules guidés. Après le positionnement des panneaux du fuselage par les ouvriers, les robots prennent en charge le perçage et le rivetage, ce qui accroît à la fois la vitesse et la précision. Cette approche s’inscrit dans les évolutions récentes du secteur de la robotique, qui continue de promouvoir des solutions plus intelligentes, plus sûres et plus efficaces pour l’industrie manufacturière.

La production alimentaire facilitée par les robots industriels#

Les robots sont également largement adoptés dans l’industrie alimentaire. À l’usine Nestlé en Allemagne, par exemple, la production d’aliments pour bébés est gérée par une ligne d’emballage entièrement automatisée. Les robots effectuent des tâches comme le déplacement de barquettes alimentaires remplies et scellées vers des caisses de stérilisation, puis vers les emballages destinés à l’expédition. Cela rend l’ensemble de l’opération plus rapide, plus sûre et plus fiable.

Nestlé utilise également des robots mobiles comme Spot de Boston Dynamics pour surveiller les problèmes de maintenance dans ses installations. Contrairement aux capteurs fixes traditionnels, qui ne peuvent détecter les problèmes que dans certaines zones, Spot peut se déplacer librement dans l’usine. Cette automatisation mobile et flexible constitue une tendance croissante dans le secteur de la robotique.

Spot peut monter les escaliers, se déplacer dans des espaces étroits et franchir des sols irréguliers. Il est équipé de capteurs spéciaux qui l’aident à vérifier si des machines de l’usine, comme les moteurs et les compresseurs, présentent une chaleur, un bruit ou d’autres signes anormaux. Spot peut également détecter facilement les problèmes à un stade précoce, ce qui permet de les corriger avant qu’ils ne deviennent graves.

Fig. 3. Spot, un robot industriel, inspectant une usine de production alimentaire. (Source)

La construction automobile avec l’aide de robots industriels#

Les robots industriels ont toujours joué un rôle essentiel dans la construction automobile. En fait, 33 % de toutes les installations de robots industriels aux États-Unis se trouvent dans le secteur automobile.

Un exemple intéressant est celui de l’usine BMW de Spartanburg en 2013. Dans cette installation, des personnes et des robots travaillaient côte à côte sur la chaîne d’assemblage des portes, sans barrières de sécurité, ce qui en faisait le premier site BMW à utiliser ce type de collaboration directe entre humains et robots en production courante.

Quatre robots étaient utilisés pour installer l’isolation acoustique et contre l’humidité à l’intérieur des portes des modèles BMW X3. Les ouvriers positionnaient d’abord la feuille adhésive et appuyaient légèrement dessus, puis les robots prenaient le relais en utilisant des têtes à rouleaux pour terminer le travail avec une grande précision.

Le système était entièrement automatisé et pouvait mesurer précisément la pression appliquée pendant le processus, permettant une surveillance constante de la qualité. Si le travail du robot était interrompu, un ouvrier pouvait facilement intervenir et terminer la tâche manuellement, maintenant la production sans retard.

Fig. 4. Des robots travaillent aux côtés d’ouvriers dans une usine automobile. (Source)

Avantages de la robotique dans l’industrie manufacturière#

Examinons maintenant de plus près certains des principaux avantages de l’utilisation de robots dans l’industrie manufacturière.

• Précision et exactitude : Les robots industriels offrent des niveaux élevés de précision et de rapidité. Certains sont capables d’effectuer des tâches avec une précision au micron près.

• Fiabilité : Avec une durée de vie pouvant atteindre 100 000 heures sans défaillance, les robots industriels peuvent fonctionner longtemps sans interruption.

• Amélioration de la sécurité au travail : Les robots prennent également en charge les tâches dangereuses, comme le travail dans des espaces confinés ou à proximité de matières dangereuses, ce qui contribue à réduire de 35 % le nombre de journées de travail perdues en raison de blessures.

• Accroissement de la productivité : Contrairement aux humains, les robots n’ont besoin ni de pauses, ni de congés, ni de repos. Ils peuvent travailler 24 heures sur 24, ce qui peut considérablement accroître la productivité.

• Rentabilité : Bien que l’achat et l’installation de ces robots puissent être coûteux au départ, ils permettent de réaliser d’importantes économies au fil du temps. Ils réduisent les coûts de main-d’œuvre, limitent les erreurs potentielles et diminuent les dépenses liées aux blessures.

• Évolutivité : Une fois les robots installés, les fabricants peuvent augmenter plus facilement leur production sans devoir embaucher de personnel supplémentaire ni apporter de changements majeurs. Ils peuvent ainsi répondre rapidement à une demande croissante et rester flexibles dans un marché en évolution.

Défis et limites de la robotique dans l’industrie manufacturière#

Bien que les robots industriels offrent de nombreux avantages, ils présentent également quelques difficultés, notamment en matière d’expertise et de maintenance. Ces robots utilisés dans les usines nécessitent des professionnels qualifiés pour les programmer, les utiliser et les entretenir.

Même si de nombreux robots utilisés dans l’industrie intègrent aujourd’hui l’intelligence artificielle et l’apprentissage automatique, ils nécessitent toujours un entretien régulier pour éviter les pannes. Si une équipe de production ne possède pas déjà ces connaissances, la formation du personnel peut être à la fois coûteuse et chronophage.

Fait intéressant, la solution à ces défis réside également dans l’AI appliquée à la vision, plus précisément dans la vision par ordinateur, une branche de l’AI qui se concentre sur la compréhension des données visuelles. Par exemple, des modèles de vision par ordinateur comme Ultralytics YOLO11 peuvent être entraînés à détecter et à suivre les robots industriels. Les informations issues du suivi de ces robots avec YOLO11 peuvent servir à repérer rapidement les problèmes, dans le cadre de la maintenance prédictive. Cela réduit le besoin de supervision experte et limite les pannes imprévues.

En outre, la vision par ordinateur peut également contribuer à créer des jumeaux numériques en temps réel. Les jumeaux numériques sont des modèles virtuels de machines et de robots physiques, construits à partir de données visuelles collectées dans l’environnement de production.

Les jumeaux numériques permettent aux fabricants de surveiller les équipements en temps réel, d’identifier les problèmes avant qu’ils ne provoquent des perturbations et de tester des améliorations des processus sans interrompre la production réelle. Cette technologie favorise des performances plus constantes, améliore la prise de décision et réduit les arrêts coûteux.

Technologies d’intelligence artificielle et d’apprentissage automatique#

En abordant les défis liés à l’utilisation des robots industriels, nous avons vu que nombre d’entre eux sont désormais alimentés par l’AI et l’apprentissage automatique. Mais comment cela fonctionne-t-il réellement, et quel est le rôle de l’AI dans la robotique ?

Les robots industriels traditionnels sont limités à des tâches fixes et répétitives. Ils suivent des instructions préprogrammées et ne peuvent pas facilement s’adapter aux changements sur la chaîne de production. Ils sont donc moins efficaces dans les environnements où la flexibilité, la rapidité et la précision sont essentielles.

Sans AI, les robots ne peuvent pas détecter les défauts des produits en temps réel ni s’adapter aux légères variations des matériaux ou du positionnement, ce qui entraîne souvent des processus plus lents, davantage d’erreurs et une augmentation des temps d’arrêt. L’AI dans l’industrie manufacturière permet aux robots d’aller au-delà des tâches simples et préprogrammées.

Plus précisément, grâce à l’apprentissage automatique dans l’industrie manufacturière, les robots peuvent analyser les données de leur environnement, reconnaître des schémas et améliorer leurs performances au fil du temps. Par exemple, un robot doté de capacités de vision peut identifier différents objets sur une chaîne d’assemblage, ajuster ses mouvements en fonction de ce qu’il voit et même détecter les défauts ou les anomalies en temps réel. En coulisses, la vision par ordinateur est le moteur de cette innovation.

En règle générale, un robot doté de capacités de vision est équipé de l’infrastructure matérielle nécessaire pour exécuter des modèles de vision par ordinateur comme Ultralytics YOLO11. Lorsqu’il est intégré à des caméras et à un système de vision par ordinateur, un robot bénéficie des capacités du modèle sous-jacent. Dans le cas de YOLO11, cela signifie qu’un robot peut effectuer des tâches de vision par ordinateur comme la détection d’objets, le suivi et la segmentation.

L’impact de l’Internet des objets (IoT)#

Deux autres concepts liés aux robots industriels sont l’IoT dans l’industrie manufacturière et l’informatique en périphérie. L’IoT désigne un réseau d’appareils connectés qui collectent et partagent des données, principalement sur Internet. De son côté, l’informatique en périphérie traite les données directement à la source, par exemple sur un robot ou un capteur, sans devoir d’abord les envoyer jusqu’à un serveur central.

Lorsque les appareils IIoT collectent de grandes quantités de données, leur envoi vers un système central dans le cloud pour analyse peut provoquer des retards, connus sous le nom de latence, et ralentir les opérations. Mais en utilisant l’informatique en périphérie avec l’IoT, les fabricants peuvent traiter les données instantanément, ce qui permet d’obtenir des réponses en temps réel et de renforcer l’automatisation.

Un exemple clair de collaboration entre l’AI et l’IoT dans l’industrie manufacturière est la maintenance prédictive. Dans les usines intelligentes, l’un des principaux objectifs de l’Industrie 4.0 est d’anticiper les défaillances des équipements avant qu’elles ne surviennent.

Pour y parvenir, les appareils IIoT doivent rester pleinement fonctionnels et fiables. En combinant l’informatique en périphérie, l’AI et la vision par ordinateur, ces appareils peuvent surveiller en continu leur propre état, détecter quand une maintenance ou une recharge est nécessaire et déclencher automatiquement les actions requises. Les machines fonctionnent ainsi sans à-coups, les temps d’arrêt imprévus diminuent et l’efficacité globale s’améliore.

Comment l’automatisation et la robotique améliorent-elles l’efficacité de l’industrie manufacturière ?#

Maintenant que nous comprenons mieux des technologies comme l’AI, la vision par ordinateur, l’IoT et l’informatique en périphérie, explorons comment elles peuvent fonctionner ensemble pour rendre l’automatisation de la production plus efficace.

L’objectif principal de l’automatisation est de rationaliser les processus et de les rendre plus rapides, plus fiables et moins sujets aux erreurs humaines. Prenons l’exemple d’une usine qui assemble des appareils électroniques grand public comme des smartphones. Des bras robotisés dotés de capacités de vision peuvent effectuer avec précision la tâche délicate consistant à placer de minuscules composants sur des cartes de circuits imprimés.

Parallèlement, des systèmes de vision alimentés par l’AI peuvent inspecter chaque étape de l’assemblage et détecter en temps réel des défauts comme des pièces mal alignées ou des joints de soudure défectueux. Pendant ce temps, des capteurs IoT peuvent surveiller des facteurs environnementaux comme la température, la poussière et les vibrations, susceptibles d’affecter la qualité des composants sensibles.

Grâce à l’informatique en périphérie, le système peut traiter instantanément ces données et effectuer des ajustements immédiats, comme mettre la chaîne en pause ou recalibrer un robot, sans attendre les réponses du cloud. Ensemble, la production automatisée peut créer une ligne de production plus rapide, plus précise et hautement adaptable, ce qui se traduit par une meilleure qualité des produits et des coûts opérationnels réduits.

Comment la robotique transforme-t-elle l’avenir de l’industrie manufacturière ?#

L’avenir des robots industriels évolue rapidement, avec des technologies comme l’AI appliquée à la vision dans l’industrie manufacturière et l’IoT qui jouent un rôle majeur. Grâce à ces outils, les robots peuvent voir ce sur quoi ils travaillent, détecter les défauts, vérifier la qualité des produits et prévoir les problèmes au moment où ils surviennent. De nombreux fabricants utilisent déjà ces systèmes pour rendre leurs opérations plus efficaces et plus constantes.

Le marché de la robotique industrielle connaît une croissance régulière, portée par les améliorations constantes de la robotique, l’accès facilité à des ingénieurs qualifiés ainsi que l’utilisation de la simulation et des tests virtuels. Ces évolutions accélèrent la conception et le réglage fin des robots pour leur utilisation dans le monde réel. À mesure que les usines adoptent les outils numériques et l’automatisation, elles deviennent plus flexibles, plus fiables et mieux préparées à relever les défis futurs.

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