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Le CEA et l’usine de demain

29.11.2017
CEA DE SACLAY - Le CEA et l’usine de demain

L’Alliance Industrie du Futur a été créée afin d’impulser un élan technologique dans notre pays. Le Commissariat à l’énergie atomique en est un des moteurs. Sur le plateau de Saclay, son Factory lab inauguré l’an dernier ouvre des possibilités d’expérimentation à toutes les entreprises.

Le CEA est moteur dans la construction de la feuille de route du plan industriel « Usine du Futur ». Il coordonne le groupe de travail de l’Alliance sur l’offre technologique du futur, notamment depuis la plateforme Factory Lab, inaugurée en fin d’année dernière. L’usine du futur est définie comme étant connectée, numérique, flexible, agile, intégratrice, responsable et performante.

C’est l’avenir de la compétitivité de l’entreprise, plaçant au cœur de son fonctionnement l’Homme avec, à sa disposition, des technologies de pointe dans de nombreux domaines et de nouveaux procédés, depuis la conception jusqu’à la production. La robotique y tient une place importante et, pour cette raison, fait l’objet d’accompagnement de recherches industrielles de la part du CEA-List.

Au sein de la direction de la recherche technologique, CEA Tech, l’institut CEA-List focalise ses recherches sur les systèmes numériques intelligents.

En développant des technologies de pointe, il contribue à la compétitivité industrielle de ses partenaires, par l’innovation et le transfert technologique


De la robotique à la cobotique
Lors de son apparition dans l’industrie, dans les années 70, la diffusion de la technologie robotique appuyait son propos sur le remplacement des humains pour les activités répondant aux 3D (Dull, Dirty et Dumb), en français ennuyeux, salissant et stupide.

Si l’argument tient toujours, le contexte a nettement évolué, en mettant la robotique à la portée de toutes les entreprises et le robot au travail à côté de l’Homme. Dans ce contexte, la machine n’a plus vocation à remplacer l’homme, mais à l’assister ou à prolonger ses gestes pour apporter précision, force et dextérité.

Les deux critères du nouveau modèle de robotique industrielle tiennent dans son interactivité et sa flexibilité.
Les systèmes robotiques agissent dans les usines actuelles de manière plus ou moins collaborative avec les hommes. L’interaction entre l’homme, le robot et l’environnement requiert une grande maîtrise, pour assurer un partage de l’espace de travail en toute sécurité.

Les recherches en robotique interactive menées au CEA-List sont dédiées à l’assistance au geste manuel de l’opérateur. Les robots collaboratifs, appelés « cobots », ont ainsi vocation à concilier flexibilité humaine et performance robotique. Ils contribuent à diminuer les efforts exercés par les opérateurs et peuvent s’adapter automatiquement aux diverses configurations industrielles.

En diminuant la pénibilité du travail, les cobots permettent de réduire l’apparition de troubles musculo-squelettiques (TMS), tout en améliorant l’efficacité et la qualité des opérations. Ces robots, flexibles et agiles, constituent ainsi, pour les entreprises, les outils nécessaires à l’évolution des modes de production, notamment vers de plus petites séries.


Les applications industrielles se multiplient
Acquise au cours du développement des bras de télémanipulation à retour d’effort pour l’industrie nucléaire, l’expérience du CEA a trouvé une nouvelle application dans la cobotique. Les chercheurs de l’Institut CEA-List ont notamment focalisé leurs innovations sur deux points de l’interaction entre l’Homme et le robot : la compensation de poids et l’augmentation d’effort appliqué.

La compensation de poids strict consiste à équilibrer parfaitement la charge transportée à l’aide du robot. Dans l’augmentation d’effort, celui exercé par l’opérateur est mesuré et, grâce à une commande adaptée, est démultiplié par le robot. Travaillant en partenariat avec le CEA, Sarrazin Technologies a développé et propose ainsi son Cobomanip. Ce robot collaboratif assiste l’opérateur dans la manipulation de charges allant jusqu’à 100 kg, dans un rayon de 3,5 mètres.

La revue Machines Production a déjà largement évoqué les robots d’assistance de la société RB3D, qui propose des systèmes d’amplification de l’effort pour, notamment, la manutention ou le parachèvement en fonderie. Dans ces fonctions, le facteur d’amplification réduit proportionnellement l’effort nécessaire au déplacement de l’outil ou de la charge.
Ainsi, avec un facteur d’amplification de 10, un effort de 1 kg de la part de l’opérateur sera reproduit à 10 kg par la machine.

L’emploi d’outils plus lourds, l’ajout de fonctions supplémentaires devient possible, libérant un potentiel de productivité plus important que dans le cas d’une simple évolution du geste vers un autre geste.


La réalité virtuelle pour simuler le travail en couple
Evaluer la pénibilité d’une tâche sur un poste de travail, concevoir des robots dédiés à l’assistance d’un opérateur humain, évaluer les gains apportés par ces robots en termes d’aide et de confort, organiser la chaîne de production, simuler le réel pour assurer la sécurité d’une activité, toutes ces tâches font désormais appel aux outils de réalité virtuelle.
Certains outils développés par le CEA-List permettent de simuler sur ordinateur toutes les étapes d’un processus industriel impliquant un opérateur humain, assisté ou non d’un cobot. Les informations fournies constituent une aide précieuse à la conception de tels dispositifs robotiques. Plus concrètement, la réalité virtuelle permet de déterminer si un geste humain est possible, compte tenu des contraintes de l’environnement où il sera réalisé, et d’une éventuelle assistance cobotique.
La réalité virtuelle permet de réaliser une première évaluation ergonomique de la tâche et contribue ainsi à estimer les risques d’apparition chez l’opérateur humain de troubles musculo-squelettiques (TMS). Une fois ces étapes de simulations réalisées, il est possible de proposer un modèle de cobot parfaitement adapté à la tâche visée. Le CEA développe également les algorithmes, et logiciels utiles et nécessaires à l’intégration, à la mise en œuvre et au suivi de cette cobotique simulée ou réelle.


Le Factory Lab pour mettre les idées en pratique
Des projets sont déjà en cours de recherche et d’expérimentation au sein de la plateforme Factory Lab. Elle accueillera ensuite une vingtaine de projets par an, avec un budget de 40 millions d’euros sur cinq ans. Les projets sont définis et validés tous les six mois par les partenaires de Factory Lab. Soutenu par le programme PIAVE (Projets industriels d’avenir 1), les « batchs » de projets seront ensuite soumis à un circuit de financement accéléré, co-encadré par les membres de FactoryLab et Bpifrance. Des projets de formation à destination du monde professionnel sont également en cours d’élaboration et portent sur l’usine numérique et la réalité augmentée. Les industriels français ont ainsi à disposition un formidable moyen d’accélérer leur mutation. Mais, on l’aura compris, les places sont limitées et les prises de contact ne doivent pas traîner. Avis aux amateurs de progrès.

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