La colle de l'automatisation : contrôle du mouvement et intégration

Nov 25, 2023

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PUBLIÉ LE 15/03/2023

| Par : John Lewis, rédacteur collaborateur A3, Tech B2B

Au cours des deux dernières décennies, la structure des coûts de l'automatisation industrielle, du contrôle de mouvement et de la robotique s'est progressivement améliorée. À mesure que les coûts du matériel et des périphériques diminuent et que le développement de matériel et de logiciels faciles à utiliser augmente, les applications d'automatisation se développent.

Après un bref hoquet de COVID suivi de problèmes de chaîne d'approvisionnement, les fabricants avancent à nouveau à une vitesse fulgurante, déployant l'automatisation et le contrôle des mouvements pour suivre le rythme de la demande. Dans le même temps, poussée par l'augmentation des coûts de main-d'œuvre, le besoin de flexibilité et la réduction significative des barrières à l'entrée pour l'automatisation, une nouvelle génération d'entreprises et de professionnels de l'automatisation mène la tendance vers la simplicité.

Les robots collaboratifs en sont un excellent exemple. Des entreprises telles que Universal Robots A/S et Kassow Robots ont permis à un plus grand nombre de petites et moyennes entreprises de se lancer plus facilement dans la mêlée de l'automatisation avec du matériel simple à configurer et des logiciels faciles à programmer, parfaits pour automatiser des applications simples.

"Il y a dix ans, les implémentations robotiques nécessitaient d'envoyer quelqu'un à un cours d'une semaine pour apprendre à faire une intégration robotique de base", explique Jonathan Schroeder, vice-président exécutif, PBC Linear. "Aujourd'hui, un stagiaire universitaire peut installer un robot UR en quelques heures pour accomplir des tâches encore plus complexes."

De la complexité à la simplicité

PBC Linear a récemment introduit le Cobot Feeder sous sa marque Applied Cobotics. Le Cobot Feeder assiste la plupart des cobots et autres applications robotiques en fournissant un arsenal continu de pièces usinables sur une longue période. (Image reproduite avec l'aimable autorisation de PBC Linear.)

Même si les nouveaux utilisateurs ayant une expérience limitée de l'automatisation sont désormais en mesure de traiter rapidement de nombreuses tâches d'automatisation simples, les intégrateurs de systèmes restent le ciment de l'automatisation et du contrôle de mouvement, gérant le nombre croissant de systèmes d'automatisation complexes qui intègrent plusieurs robots ou systèmes de vision industrielle et des solutions clé en main plus importantes. Comme des magiciens au confluent de l'ingénierie et de l'art, les intégrateurs semblent assembler des systèmes étonnants à partir d'un chapeau en utilisant des technologies d'automatisation disparates et en s'assurant que chacun fonctionne comme prévu pour répondre aux exigences spécifiques de l'application.

Dans le passé, en raison de la complexité, seules les grandes entreprises disposant du capital, de la stratégie d'investissement et des ressources internes pouvaient choisir d'automatiser. Le principal moteur était la réduction des coûts pour améliorer les marges et rendre l'entreprise plus rentable. L'automatisation complexe nécessitait des compétences particulières pour intégrer les systèmes d'entraînement de contrôle de mouvement, la robotique et d'autres technologies d'automatisation.

« Auparavant, il fallait parfois plusieurs ingénieurs pour mettre en œuvre un système d'automatisation. Un ingénieur en mécanique pour sélectionner et dimensionner les composants du système de mouvement mécanique afin de répondre aux exigences de charge utile, de précision et de vitesse. Un ingénieur en électricité pour câbler les commandes et un troisième ingénieur peut avoir été responsable de la programmation », explique Schroeder. "Maintenant, avec l'accent mis sur la simplification de tout, nous voyons plus d'applications où un seul ingénieur peut gérer l'ensemble du projet du début à la fin."

Moins c'est plus avec l'intégration

L'entraînement IDX avec contrôleur de positionnement intégré de maxon se compose d'un moteur EC-i, d'un codeur absolu magnétique (monotour) et d'un contrôleur de positionnement EPOS4 avec commande orientée champ intégrée. (Image avec l'aimable autorisation de maxon.)

Dans le passé, la réduction des coûts était l'objectif principal de nombreux projets d'automatisation, mais plus récemment, les fabricants ont choisi d'automatiser en pensant à une livraison plus rapide de produits améliorés à des prix inférieurs. Les fournisseurs d'automatisation relèvent ces défis de délai de mise sur le marché avec des solutions plus intégrées qui aident les fabricants à mettre les produits entre les mains des distributeurs et des clients le plus rapidement possible.

Schroeder note que l'intégration d'électronique supplémentaire dans les systèmes est l'une des avancées les plus importantes dans les systèmes d'entraînement de contrôle de mouvement. "Les systèmes qui étaient auparavant de simples dispositifs électromécaniques, tels que les moteurs et les roulements, disposent désormais de capteurs, qui permettent une détection précoce des pannes et permettent la connectivité des dispositifs aux réseaux", dit-il. "Un autre est la simplification de l'intégration, notamment du côté logiciel et électrique."

Les avancées dans l'offre de disques intégrés en sont un bon exemple. Selon Biren Patel, responsable du développement commercial chez maxon, Mobility Solutions & Electronic Systems, les combinaisons moteur-réducteur-contrôleur sont plus que jamais proposées. « La connaissance approfondie de maxon en matière de moteurs et de contrôleurs et son approche globale du système offrent d'énormes avantages lorsqu'il s'agit de minimiser les pertes et de maximiser la densité de puissance », explique-t-il.

La gamme de variateurs configurables IDX de la société en est un excellent exemple. maxon a développé un ASIC pour gérer les fonctions périphériques et aider à la miniaturisation de leurs variateurs, ce qui s'est avéré utile dans le développement de solutions de variateurs intégrés compacts. Un autre avantage du développement ASIC a été de minimiser les efforts de vérification, ce qui a entraîné des coûts de produit inférieurs et des cycles de développement plus rapides car les tests des fonctions standard ne doivent être effectués qu'une seule fois, au lieu de pour chaque nouvelle solution discrète.

"Le fait d'avoir le système d'entraînement complet dans un seul package réduit le nombre de câbles et le routage des câbles requis pour l'OEM, ce qui simplifie la conception et limite le nombre de composants qui doivent être stockés", explique Patel. "Le fait d'avoir des disques indépendants peut également aider à réduire le nombre de tâches que le contrôleur principal doit gérer, et les compétences requises pour l'installation sont minimes car un seul composant doit être installé. De plus, dans de nombreux cas, les disques intégrés sont préconfigurés et réglés, il y a donc moins de logiciels à gérer pour l'installation."

Accédez plus rapidement au marché

La technologie Open Core de Bosch Rexroth simplifie la programmation et accélère la mise en œuvre grâce à des commandes ouvertes, faciles à utiliser et basées sur PC. (Image reproduite avec l'aimable autorisation de Bosch Rexroth.)

Du début à la fin, les constructeurs de machines, les équipementiers et les intégrateurs de systèmes peuvent mettre leurs systèmes sur le marché plus rapidement en utilisant les dernières avancées en matière d'automatisation, car l'effort d'ingénierie requis pour concevoir, programmer, mettre en service et prendre en charge les systèmes d'automatisation a diminué au fil des ans.

Du côté matériel, par exemple, au lieu d'acheter des pièces séparées - par exemple, des rails de guidage linéaires, un moteur, une boîte de vitesses et une courroie d'entraînement - les constructeurs de machines peuvent désormais acheter un système d'actionneur linéaire complet prêt à être boulonné. Cette approche raccourcit non seulement le temps d'intégration, mais abaisse également le niveau de compétence technique requis pour l'intégration.

Les ingénieurs peuvent également augmenter l'efficacité et réduire le temps de développement en ajoutant de la flexibilité et des fonctionnalités au logiciel. Par exemple, ctrlX AUTOMATION de Bosch Rexroth Corporation offre un certain degré de liberté et d'efficacité, permettant aux développeurs de surmonter les défis de la programmation d'automatisation contemporaine de manière rapide et créative. Selon Dan Barrera, chef de produit, Automation and Electrification Bosch Rexroth, la plate-forme d'automatisation comprend les éléments suivants :

« Grâce aux avancées les plus récentes en matière de technologie d'automatisation, notamment les PC industriels, l'IA, les capteurs, la vision, la communication et la sécurité, nous sommes en mesure de concevoir et de concevoir des systèmes plus ouverts, flexibles et évolutifs qui peuvent nous aider à rapprocher plus que jamais l'informatique et l'OT. Il s'agit d'une évolution vers une automatisation plus complète des usines », explique Barrera. "Chez Bosch Rexroth, nous voyons l'importance de combiner les dernières avancées en matière de technologie de contrôle-commande, d'informatique, d'intelligence artificielle et d'IoT pour exploiter le potentiel de la numérisation et de la mise en réseau dans le nouveau monde de l'automatisation."

Automatisation adaptable

Les exigences de fabrication ont évolué depuis les premiers efforts de contrôle des coûts vers la fabrication de meilleurs produits plus rapidement et à moindre coût. Aujourd'hui, l'objectif principal de l'automatisation est de fournir une production flexible et personnalisable. Les raisons vont bien au-delà de la satisfaction des préférences multiformes des clients du jour et incluent l'aide à l'atténuation des problèmes d'approvisionnement, des retards de transport, des pénuries de main-d'œuvre et l'adaptation facile au flux et au reflux de la demande en adaptant la production à une structure de coût beaucoup plus faible.

"Les innovations en matière de conception mécanique se poursuivront avec des moteurs et des entraînements plus intégrés, des conceptions plus compactes", prédit Schroeder. "Mais les percées les plus importantes concerneront les logiciels et la programmation, ce qui rendra l'intégration beaucoup plus facile et plus rapide." Patel est d'accord, notant les percées dans les logiciels avec des pilotes pour prendre en charge les lecteurs intégrés comme une seule clé. "Cela contribuera à simplifier le processus d'intégration et permettra aux développeurs de robots et d'AMR [robots mobiles autonomes] de se concentrer sur le développement d'applications plus sophistiquées et de ne pas se soucier des commandes de mouvement et des algorithmes nécessaires pour contrôler les moteurs", a-t-il déclaré.

Barrera pense que l'industrie commencera à refléter la convivialité de l'électronique grand public, rendant l'automatisation aussi simple que la manipulation d'un smartphone. "Notre solution ctrlX AUTOMATION suit l'exemple d'un smartphone, qui apporte le plus haut niveau d'intégration fonctionnelle possible et une technologie d'application flexible où les utilisateurs peuvent facilement individualiser leurs appareils. De plus, nous proposons un écosystème commun, ctrlX WORLD, autour de ctrlX AUTOMATION où les partenaires développeurs peuvent présenter leurs propres forces et solutions via la co-création, ce qui offre aux utilisateurs une large gamme d'applications et leur permet de bénéficier de l'écosystème en constante croissance."

Les fabricants qui peuvent bénéficier de la technologie d'automatisation d'aujourd'hui couvrent toute la gamme, des débutants en robotique à ceux qui cherchent à se mettre à niveau. Quel que soit le niveau d'expérience d'un fabricant, il est bon de savoir qu'il existe de nombreuses entreprises possédant une vaste expérience en automatisation. Ces entreprises offrent de nombreuses ressources pour vous aider à démarrer, vous donner une orientation et vous assurer que votre prochain projet d'automatisation vous aidera à répondre aux demandes futures.