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Automates et commandes numériques
Philippe CHARLES - Responsable Produits Robots - Abb
Manuel RIBIER - Expert Avant-ventes Machines - ROCKWELL Automation
Luc LOSSON - Responsable Business Développement Machines/Outils - SIEMENS
Jean-Sébastien SCANDELLA – Rédacteur en Chef Jautomatise :
Aujourd’hui, automates et commandes numériques peuvent piloter des robots industriels au sein d’un équipement complet. Quelles conséquences pour les spécialistes du domaine ? Quelle place pour les roboticiens dans la ligne automatisée ? Eh bien, on en parle avec Philippe CHARLES, Responsable Produits Robots chez Abb, Manuel RIBIER, Expert Avant-ventes Machines chez ROCKWELL Automation, et Luc LOSSON, Responsable Business Développement Machines/Outils chez SIEMENS. Rentrons dans le vif du sujet : les automates peuvent carrément piloter des robots. Manuel RIBIER, comment ça se passe ? Quelles applications ? Comment ça marche ?
Manuel RIBIER - Expert Avant-ventes Machines - ROCKWELL Automation :
Ça se passe d’une manière relativement simple on va dire : c’est l’introduction des modèles géométriques, directs et inverses à l’intérieur des contrôleurs d’automatisme – puisqu’on ne parle plus d’automates mais de contrôleurs aujourd’hui – qui permettent simplement de traiter la partie mouvement d’un robot. Ça se passe d’une manière relativement simple, puisque les librairies sont fournies, et derrière c’est des jeux d’instruction standards, le contrôleur s’occupant de faire les transformés directs et inverses avec l’avantage d’une intégration multi robots à l’intérieur d’une même UC et la gestion de l’environnement complet de la machine.
Jean-Sébastien SCANDELLA :
On parle de quelles applications exactement ?
Manuel RIBIER :
Beaucoup dans le domaine du packaging, c’est-à-dire on trouve essentiellement des géométries delta 2, 3, 4, du Scara, et des systèmes 2/3 axes. La tendance sur les gros porteurs ou les systèmes 6 axes aujourd’hui, on voit poindre, mais il y a encore un petit peu de marge.
Jean-Sébastien SCANDELLA :
Mais ça viendra ?
Manuel RIBIER :
Ça viendra.
Jean-Sébastien SCANDELLA :
Et en tous cas, les capacités des unités de calcul sont là.
Manuel RIBIER :
Sans problème.
Jean-Sébastien SCANDELLA :
Luc LOSSON, on utilise aussi des robots articulés, commandés par des commandes numériques comme celles de SIEMENS. Encore une fois, quelles applications et comment ça marche ?
Luc LOSSON - Responsable Business Développement Machines/Outils - SIEMENS
Aujourd’hui, comme chacun sait, la commande numérique c’est des applications de précision au niveau du positionnement mais aussi de la trajectoire. De par son histoire, le robot c’était plutôt un positionnement au départ, un positionnement à l’arrivée, avec peu d’intérêt pour la position au niveau de la trajectoire, donc là on voit bien pour le domaine de l’usinage où la rigidité est importante, quelques problèmes qui pourront se poser. Mais, dans des applications qui ne requièrent pas trop de précision aujourd’hui, comme par exemple le détourage, les applications aussi de dépose de fibre comme le carbone dans le domaine de l’aéronautique, eh bien des applications pointent leur nez. Aujourd’hui, on en est qu’au stade actuellement du développement. Il existe des applications pilote en France, en Allemagne par exemple. Par contre, on n’est pas encore dans les applications séries, notamment pour les problèmes de précision. Aujourd’hui, il y a des travaux qui sont faits par des centres de recherche, comme par exemple l’Université de Nantes qui travaille sur le sujet, pour justement améliorer les capacités du robot pour ces applications.
Jean-Sébastien SCANDELLA :
Et encore une fois, on fait exactement la même chose qu’avec les automates, on rentre la cinématique de la machine dans votre CN.
Luc LOSSON :
Voilà, au départ la CN ne commande pas des cinématiques comme celles du robot – je parle des robots poly articulés – par contre aujourd’hui, par exemple la commande 840D de SIEMENS dispose des algorithmes à l’intérieur de son noyau pour justement commander ce type de cinématique. Donc, il y a deux solutions qui existent actuellement sur le marché : soit le robot et ses moteurs sont commandés directement par la commande numérique et son variateur, une autre solution qui est développée actuellement par la Société StauBLI, en partie pour les problèmes de garantie, etc., lors des applications, c’est de dire on va en fait mettre une interface, par exemple un réseau Profinet, etc. entre la baie de robot et la commande numérique, et on va par le même principe, c’est-à-dire commander au niveau de la commande numérique la cinématique du robot, mais là les axes ne seront pas uniquement au niveau du moteur, mais seront des commandes qui seront passées par le réseau de terrain, et en face la baie de robot dispose d’outils pour la traduction de ses commandes pour l’adapter au mouvement du robot.
Jean-Sébastien SCANDELLA :
Philippe CHARLES, les entre robots et équipements automatisés, on en est où ?
Philippe CHARLES - Responsable Produits Robots – Abb :
Dans un premier temps, je constate qu’il y a une tendance effectivement à piloter des robots par des automates notamment comme vous le disiez au niveau du picking. La principale demande en fait se situe au niveau de la performance des synchronisations des échanges d’automatisme, en particulier quand le robot sert une machine, ou du moins est à la sortie d’une machine, donc dans ce cas, c’est vraiment la synchronisation qui prime. Maintenant, sur l’aspect commande de robot, il faut bien voir que le robot est une machine qui est conçue pour aller très vite, et donc il y a deux critères qui sont très importants dans la robotique : d’une part la performance en temps de cycle puisque ça conditionne évidemment la productivité de la machine, et deuxièmement la performance en suivi de trajectoire. Donc, la grosse différence d’un robot par rapport à une commande numérique traditionnelle, c’est que le robot évolue à des vitesses très élevées, on peut atteindre plusieurs mètres par seconde, et la problématique dans la gestion des mouvements à des vitesses aussi élevées fait qu’on a recours à des algorithmes de commande extrêmement pointus, qui sont basés sur ce qu’on appelle la commande dynamique, et en fait dans le cadre d’Abb, on a même plusieurs commandes dynamiques qui travaillent en parallèle, à la fois au niveau de la planification de territoire , et au niveau des commandes d’axes, et ainsi que les variateurs numériques aussi peuvent avoir des paramètres qui changent en temps réel. Donc, une baie de commande de robot est en fait un système qui est vraiment optimisé pour la performance, et ce qui fait que lorsque l’on connecte un robot sur un automate, il y a toujours un risque de perdre un peu en performance en temps de cycle quelque fois en trajectoire, mais ce n’est pas un problème en tant que tel parce que le gain dans ce cas-là, le gain qui est recherché par l’intégrateur, l’ensemblier ou le client final, c’est en fait d’avoir une solution qui est plus unifiée où le robot devient un composant parmi une machine qui est plus grosse.
Jean-Sébastien SCANDELLA :
Le risque de sous-employer un robot, c’est effectivement une complication qui peut intervenir. Manuel RIBIER, quelles sont les autres limites de ces systèmes ?
Manuel RIBIER :
La limite est liée entre autre à la course à l’intégration ; c’est-à-dire qu’aujourd’hui on a des clients qui veulent mettre de plus en plus de choses où on avait avant 1, 2, 3, 4 contrôleurs parfois sur une machine, on veut tout rentrer dans 1, et puis la taille des machines grossit, il y a la flexibilité aujourd’hui qu’on demande en termes de fabrication. Donc, un contrôleur doit gérer aujourd’hui de plus en plus de choses. Donc en fait, c’est un petit peu une course à la puissance- quelque part – de traitement pour pouvoir gérer 3, 4, 5, 6 robots sur une ligne où on en avait pas un avant. Forcément, les besoins de calculs ne sont pas forcément les mêmes, avec ou sans robot, plus l’intégration de la sécurité. Donc clairement, une des limites aujourd’hui est la puissance des contrôleurs que l’on met à disposition pour gérer l’ensemble.
Jean-Sébastien SCANDELLA :
Il faut que les automates progressent encore. Luc LOSSON, pour vous, la principale limite c’est quoi ? C’est la précision des mécaniques ?
Luc LOSSON :
Dans le domaine de l’usinage, je pense que la limite est clairement au niveau de la précision puisqu’avec un robot, les chiffres que j’ai de l’Université de Nantes c’est que l’on approche assez facilement le millimètre – là je parle d’usinage, on a besoin de rigidité, etc. – donc, c’est de l’ordre du millimètre. Avec des contrôles plus poussés, etc., on arrive au dixième de millimètres. Donc là, clairement la limite aujourd’hui par rapport à une machine/outils, c’est vraiment la précision, il y a des études qui sont faites spécifiquement sur ce domaine-là. Ensuite, il y a le domaine aussi où le robot travaille dans un îlot robotisé, où donc va apporter des pièces à différentes machines. Là aujourd’hui, l’échange d’informations se fait entre l’automate, plus spécifiquement des commandes numériques par des entrées/sorties ou par réseau de terrain. Et là, aujourd’hui il n’y a pas vraiment de limite pour ces applications. Je pense que le robot est vraiment à sa place ici.
Jean-Sébastien SCANDELLA :
Pas véritablement de problème. Techniquement, on n’a pas l’impression que c’est si compliqué que ça. Les armoires de commande des roboticiens, elles vont servir à des applications extrêmement pointues, ou bien elles vont disparaître, Philippe CHARLES ?
Philippe CHARLES :
Cette tendance à avoir un automate qui peut être un robot, c’est quelque chose qui correspond à une demande complémentaire, c’est-à-dire que je pense qu’à termes les deux vont coexister tout simplement, parce que ce sont les applications qui vont en fait guider le choix de l’intégrateur ou du client vers telle ou telle solution. Donc pour nous, il n’y a pas de souci, c’est vraiment une demande complémentaire, et donc nous allons répondre à cette demande d’ici peu. Maintenant, je reviens sur l’aspect applications, quand vous avez des applications type « découpe , encollage, donc des applications à grande vitesse, comme je disais tout à l’heure les performances requises sont vraiment très élevées, d’autant que nous avons aussi de plus en plus de demandes à piloter plusieurs robots par la même baie – c’est quelque chose que l’on fait déjà depuis quelques années – et sur ce type d’applications, la demande de performance est telle qu’en fait je pense que la baie de commande de robot telle qu’on la connait aujourd’hui est tout à fait incontournable puisque la puissance de calcul, puisqu’on en parlait à l’instant, est effectivement très élevée sur ce type de baie de commande.
Jean-Sébastien SCANDELLA :
D’autant que les baies de commande des robots maintenant commencent à gérer des axes externes de plus en plus ?
Philippe CHARLES :
C’est vrai qu’on a toujours eu la possibilité d’avoir des axes externes avec nos robots. Il y a deux tendances que l’on peut identifier ; d’une part une tendance plus ancienne qui est d’utiliser de l’axe externe pour des process continus – je pense à des opérations de grenaillage ou ce type d’opérations où là ce que l’on demande c’est que le robot soit parfaitement synchronisé avec la pièce sur laquelle il travaille, sur laquelle il applique son process. La nouveauté ici, c’est que les exigences des clients montent encore d’un cran, ce qui fait que la demande de précision coordonnée entre le robot qui se déplace et la pièce qui se déplace, effectivement c’est très élevé, c’est une première tendance. La deuxième tendance concernant les axes externes, ça correspond à la demande d’avoir des préhenseurs à géométrie variable. C’est entre autre le cas notamment en packaging, puisqu’on en parlait à l’instant, lorsque l’intégrateur doit traiter des objets de dimensions très variables, plutôt que de changer de préhenseur avec la perte de temps de cycle qui en résulte, l’intégrateur utilise dans ce cas-là des axes numérisés pour pouvoir faire évoluer leur préhenseur pour passer de la pièce A à la pièce B très rapidement.
Luc LOSSON :
Dans les applications de commande numérique, je parle là essentiellement de la partie découpe de métal, l’application c’est la partie automobile ou l’aéronautique, aujourd’hui il y a vraiment deux mondes qui cohabitent, c’est toujours la commande numérique avec ses avantages pour l’usinage d’un côté, tout ce qui est gestion d’outils, l’aide à l’opérateur pour la programmation, etc., et à côté de ça des robots avec des applications poussées en robotique et les spécialistes des robots. Donc aujourd’hui, dans le domaine qui me concerne essentiellement, c’est-à-dire l’usinage, je ne vois pas vraiment de disparition du monde des roboticiens en faveur des gens qui connaissent les commandes numériques. Pour l’instant, je dirais que ça reste deux mondes qui cohabitent pour apporter, par exemple aux constructeurs automobiles, la solution la plus rapide qui soit et la plus optimisée pour son process.
Jean-Sébastien SCANDELLA :
Manuel RIBIER, sur le terrain, vous aussi vous voyez toujours des roboticiens, ou bien ils disparaissent ?
Manuel RIBIER :
Je pense que les problématiques, c’est ce qu’évoquaient mes collègues, elles sont potentiellement différentes en fonction des secteurs et des marchés. Et dans le domaine autour du packaging, l’arrivée des robots n’est pas récente, historiquement elle a eu lieu il y a quelques années, ce qui est récent c’est l’introduction des modèles de robotique à l’intérieur des contrôleurs. Donc, les constructeurs de machines avaient des automaticiens, ces automaticiens se sont formés à la robotique parce qu’ils ont utilisé des systèmes de robots externes qui communiquaient à ce moment-là par réseau. Et aujourd’hui, ils réintègrent ce qu’ils ont appris au niveau de la robotique dans les programmations des contrôleurs pour piloter les robots depuis un contrôleur d’automatisme. Donc, j’aurais tendance à dire l’intégration est simple, ce qu’il n’empêche qu’il faut un minimum de bases, et aujourd’hui les automaticiens les ont appris grâce aux fabricants de robots. Donc aujourd’hui, on n’a plus besoin de roboticien en tant que tel, on a besoin de gens compétents en robotique, tout comme un roboticien est compétent en automatisme.
Jean-Sébastien SCANDELLA :
Philippe CHARLES, un roboticien, son talent, son atout, c’est la multidisciplinarité ?
Manuel RIBIER :
Tout à fait, la robotique – déjà il faut le préciser – c’est un sous-ensemble de l’automatisation, ce n’est pas quelque chose en soi qui est unique. Cette complémentarité, on va la retrouver parce qu’un roboticien doit avoir des connaissances à la fois en mécanique, aussi bien physique que théorique, en informatique, en automatisme bien sûr, quelque fois en électronique, et cette multi compétence est un savoir-faire qui est très intéressant quand on parle de la mise au point d’une installation, ou lorsque l’on veut atteindre un objectif de productivité, ce sont les derniers pourcentages qui sont évidemment les plus durs à atteindre, et cette multi compétence est vraiment un acquis, un atout qui permet justement d’apporter des solutions, d’avoir un regard un petit peu neuf, un petit peur différent pour résoudre un problème.
Jean-Sébastien SCANDELLA :
Et alors, pour faire une bonne trajectoire, il faut un roboticien ou pas ?
Manuel RIBIER :
Dès lors que la trajectoire devient complexe, effectivement il y a une compétence spécifique à la réalisation de trajectoire, c’est à la fois la notion de projection dans l’espace en 3 dimensions, mais c’est aussi une compréhension assez fine de comment fonctionne la mécanique et comprendre des problèmes qui sont spécifiquement liés à la robotique comme les notions de singularité, de butée d’axe, de limite de coupe atteinte sur tel ou tel axe, donc les baies de commande de robots ont de plus en plus d’outils justement qui permettent au roboticien ou à l’intégrateur de comprendre ce qui se passe et d’appuyer là où il faut pour justement optimiser le flux, le process de production. Et ça, c’est vraiment un point fort de nos baies de commande, c’est-à-dire qu’en fait de plus en plus vous avez la baie de commande et les outils de mise au point qui travaillent de concert, et c’est ça qui permet d’obtenir les derniers pourcentages qui restent à obtenir au niveau mise au point et performance.
Jean-Sébastien SCANDELLA :
Un roboticien, c’est toujours utile quand on conçoit son installation. Luc LOSSON, dans l’intégration sur le terrain, au moment de la mise en place, on a besoin de gens spécifiques, avec des compétences spécifiques, ou bien les mécaniciens présents peuvent faire l’affaire ?
Luc LOSSON :
Je dirais que ça dépend un petit peu des métiers. Par exemple si je prends dans le domaine de l’automobile où vous avez par exemple de grosses Sociétés qui fournissent une ligne complète, par exemple on leur demande de fournir trois types de culasses, donc ils fournissent l’essentiel des moyens d’usinage des culasses, et à côté de ça tous les moyens connexes, c’est-à-dire les systèmes de transport des palettes, le système de lavage, etc., donc ces gens-là font appel évidemment à des sous-traitants pour fournir l’ensemble de la ligne, mais ils ont acquis au travers, et aussi à la demande de leurs clients, c’est-à-dire les constructeurs automobiles, des compétences dans le domaine des robots, puisque lorsqu’une panne intervient sur une ligne complète, ce que le client final souhaite, c’est d’avoir à faire avec un seul partenaire. Donc, s’il n’a pas les compétences en robot, il va devoir essayer d’analyser où se trouve le problème, faire appel à des partenaires, etc., ça risque de le pénaliser, et ce n’est vraiment pas ce que souhaitent aujourd’hui les constructeurs automobiles. Dans ce domaine-là, je pense qu’il y a des constructeurs de machines qui ont vraiment des compétences dans le domaine des robots, et qui sont capables de regrouper à chaque fois les compétences dans l’usinage et les compétences dans toute la partie automatisation et motion dans l’entreprise. Par contre, lorsqu’on fait appel dans certains domaines à des intégrateurs, là je pense que la compétence en motion n’est peut-être pas aussi présente que chez ces constructeurs de machines. Et donc chez ces clients-là, il y a souvent encore besoin vraiment des roboticiens pour vraiment assurer la meilleure qualité possible au niveau du process.
Jean-Sébastien SCANDELLA :
Manuel RIBIER, roboticiens dans une équipe d’automaticiens, c’est un atout quand même, ils sont les bienvenus ?
Manuel RIBIER :
Tout à fait, parce que ce qu’expliquait mes collègues à l’instant c’est que les roboticiens naturellement sont des gens qui sont amenés à prendre en compte de la mécanique, l’environnement dans lequel travaille le robot, motion contrôle. Donc tout ça, ce sont des compétences, donc forcément on a besoin dans une équipe d’automatisme, ce n’est pas l’un ou l’autre. Les fonctions sont totalement complémentaires et s’intègrent parfaitement au niveau des constructeurs de machines ou des intégrateurs. Là, je rejoins complètement mes collègues.
Jean-Sébastien SCANDELLA :
Et pour la maintenance, on peut s’en tirer avec une seule personne ou bien il faut deux profils différents ?
Manuel RIBIER :
Aujourd’hui, je dirais - process automobile je connais moins et je maitrise moins - mais je dirais que la tendance aujourd’hui qui est à l’intégration en termes de packaging en ramenant toutes les informations, en pilotant tous les organes par un contrôleur, et le fait que les gens ont été formés avant à la robotique avec des systèmes externes, fait que souvent il y a un seul intervenant lorsqu’il y a besoin. Déjà, il n’y a plus qu’une interface homme/machine, aussi bien pour le robot que pour le reste de la ligne, la communication amont/aval vers les niveaux supérieurs, la sécurité, donc on a plus qu’un point d’entrée en termes de diagnostic et de maintenance pour le robot comme pour le reste des fonctions de la ligne, c’est clair.
Jean-Sébastien SCANDELLA :
Donc Philippe CHARLES, le maître mot c’est convergence finalement ?
Philippe CHARLES :
Absolument, c’est une tendance qui a déjà commencé il y a quelques années, qui va se poursuivre, c’est évident. Les technologies évoluent dans ce sens-là. Pour la partie spécifiquement maintenance, je suis assez d’accord ; la demande des clients est très nettement pour minimiser le nombre d’intervenants, ce qui est tout à fait logique et légitime. Une des spécificités de la robotique, c’est quand même l’aspect mécanique, il y a quasiment des techniciens dédiés à la maintenance mécanique, donc là c’est un cas un petit peu particulier. Ceci dit, les robots sont des machines qui sont extrêmement fiables, donc les notions de maintenance mécanique, c’est principalement du préventif, c’est du graissage, du changement de ligne, des choses comme ça, donc des choses qui sont relativement simples. Mais malgré tout, on insiste beaucoup auprès de nos clients sur le fait qu’il faut faire une inspection régulière, ne serais-ce que pour déceler s’il y a une petite anomalie ou quelque chose qu’il faudrait traiter.
Jean-Sébastien SCANDELLA :
Luc LOSSON, question ouverte : vers où va-t-on exactement ? Vers un mariage encore plus poussé entre les robots et puis le reste des équipements ?
Luc LOSSON :
(20 :02 à 21 :28) pas de son
Jean-Sébastien SCANDELLA :
Effectivement, il y en a qui ont. Les robots progressent avec de nouvelles applications. Manuel RIBIER, il y a quand même des applications qui sont encore interdites aux robots contrôlés par des automates ?
Manuel RIBIER :
Je pense que – je rejoins un petit peu mes collègues – dans le sens où on va dans le sens de l’intégration, ça c’est très clair. Après, il y a des problématiques qui sont toujours différentes, et aujourd’hui il n’est pas question, à ma connaissance, d’utiliser un contrôleur d’automatisme standard pour piloter un robot de soudure. Ne nous trompons pas de typologie d’applications et de typologie de besoins. Donc, il va y avoir deux types d’intégrations ; une intégration qui va aller vers le robot classique tel qu’on le trouve pick and place, avec tracking, sans tracking, palettisation, qui peut très bien être piloté par un automate, et après des fonctionnalités plus robotiques pures, avec des besoins spécifiques, où là on va plutôt travailler sur la connectivité entre la baie de contrôle du robot et l’automate de pilotage de l’ensemble des îlots ou de l’ensemble de la ligne. Je pense qu’on va avoir deux solutions, mais qui toutes les deux vont aller vers plus d’intégration, soit par le modèle géométrique, soit par une intégration réseau, avec beaucoup plus d’échanges et beaucoup plus dynamiques entre le contrôleur d’automatisme et le contrôleur de robots.
Jean-Sébastien SCANDELLA :
Philippe CHARLES, justement, communication entre les baies de robots et les automates, les fournisseurs de robots développent même des choses pour que ce soit encore plus facile, pour qu’il y ait un peu plus d’intelligence du côté du robot ?
Philippe CHARLES :
Tout à fait. Depuis quelques années, il y a une tendance très nette à utiliser des réseaux de terrain basés sur le média internet, donc c’est principalement Profinet et Internet IP pour le marché Nord-Américain. Donc, ces solutions sont en pleine expansion, donc l’offre est également très large. Donc, évidemment, en tant que roboticiens, nous nous sommes adaptés à cette offre. Juste quelques petites précisions ; je rejoins tout à fait, concernant l’usinage, d’une part la tendance est forte sur la possibilité d’utiliser un robot et faire de l’usinage, notamment pour les applications qui ne demandent pas une grande précision à l’échelle de la commande numérique, et de ce fait par exemple nous avons développé un bras mécanique qui est optimisé pour l’usinage, c’est-à-dire que le robot a un bras sensiblement plus court, il est conçu d’une manière extrêmement rigide justement pour répondre à cette problématique-là. Donc ça, c’est tout à fait dans l’air du temps. Concernant l’aspect performances, j’insiste bien sur deux choses ; d’une part il faut vraiment voir la possibilité d’avoir un robot piloté par un automate comme une offre complémentaire, et effectivement les offreurs de robots doivent aller dans ce sens et répondre à la demande de leur client. Le deuxième point, j’insiste à nouveau sur la notion de performances, c’est-à-dire que les performances requises aujourd’hui au niveau des robots sont loin de s’arrêter, c’est-à-dire que ça a été une évolution continue sur ces 20 dernières années, et à chaque fois qu’on conçoit un robot ou une baie de commande qui est plus performante, on a toujours des demandes pour aller encore un peu plus loin. Donc, c’est pour ça que ces deux solutions sont vraiment complémentaires, et c’est vraiment l’application et les demandes du client qui vont indiquer ou qui vont faire choisir telle ou telle solution.
Jean-Sébastien SCANDELLA :
De toute façon à la fin, c’est un petit peu le client qui commande.
Philippe CHARLES :
Absolument.
Jean-Sébastien SCANDELLA :
On le voit, les robots progressent de plus en plus dans les usines, et ils sont commandés non seulement par des baies robots, mais aussi éventuellement par des automates ou des commandes numériques. Merci à vous trois, à bientôt sur Manufacturing.fr
