De la conception jusqu’à l’emballage final d’un produit, la réactivité et la flexibilité s’avèrent primordiales, d’autant plus dans les industries de biens de consommation ou pharmaceutiques qui ont des cycles de vie de produits de plus en plus courts, avec une moyenne tournant autour de six mois. Elles se rapprochent en cela de l’industrie électronique. Pour répondre à ces contraintes, la robotique va permettre aux fabricants de garder une flexibilité que les machines développées sur mesure ne permettent plus.
Analyse
Dans beaucoup trop d’entreprises, la difficulté de gérer les opérations d’emballages fait obstruction à l’introduction de nouveaux produits. Une partie importante de l’investissement dans les industries de biens de consommation, pharmaceutique ou de santé étant liée aux équipements destinés à l’emballage.
Jusqu’à aujourd’hui, la majorité de ces dépenses étaient consacrée à des lignes de produits spécifiques qui laissaient relativement peu de place à l’introduction de nouveautés qu’elles concernent le design, l’étiquetage ou la composition du produit. Le challenge pour les industriels est de redéfinir leurs opérations d’emballages finaux et les équipements associés afin que l’emballage ne devienne plus un frein à l’introduction de nouveaux produits, ou à l’évolution des produits dans le temps.
Les NTIC, la vision et la robotique convergent vers les machines d’emballage
Le rôle des machines d’emballage s’élargit. Au départ, elles s’ajustaient simplement aux exigences du marché à un moment donné, elles sont désormais capables de répondre aux demandes de production en flux tendu. Un changement stratégique qui a imposé la mise en œuvre de machines flexibles, avec en ligne de mire l’utilisation maximale de leurs capacités durant toute leur durée de vie.
Cette flexibilité engendre pour ces machines la capacité de réaliser des types d’opérations plus importants, de même elle a conduit les OEM à développer des solutions combinant des technologies d’automation issues de domaines variés. C’est ainsi que l’on relève une arrivée des techniques issues de la robotique, de la vision industrielle et des technologies de l’information vers les lignes et les machines d’emballage.
Ces technologies permettent de répondre aux demandes quotidiennes de changement de configurations exigées par les impératifs de production. En effet, ces techniques augmentent nettement la flexibilité des lignes de conditionnement en autorisant de rapides reconfigurations, tout en élargissant le spectre des opérations réalisables.
Pour leur part, les technologies de l’information favorisent l’échange de données entre les lignes d’emballage et les ERP/MES des niveaux supérieurs à travers des interfaces standards comme Make2Pack, PackML, OPC, Ethernet…
De son côté, la vision industrielle devient l’outil indispensable pour effectuer les opérations d’inspection en ligne, elle apporte également des avancées en ce qui concerne le diagnostic machine.
Enfin, les robots deviennent partie intégrante de la machine de conditionnement, et quasiment indispensable.
Les robots, parties intégrantes de la machine
La seule solution permettant de rendre adaptable à un nombre toujours plus important de produits, reste l’intégration de fonctionnalités robotisées. Historiquement, dans le secteur de l’emballage, la palettisation et l’emboxage ont fait partie des premières implantations. Mais, depuis quelques années, on note une nouvelle tendance, c’est l’intégration de manipulateurs robotisés dans la partie mécanique d’une machine d’emballage. Conséquence directe, la modularité de ces machines est considérablement étendue.
Seulement ce rajout de fonction robotique n’est pas évident pour les constructeurs de machine d’emballage qui se retrouvent à gérer des compétences qui se situent hors de leur champ d’expertise. Ils sont souvent plus à l’aise avec les notions de motion control sur des lignes d’emballage, pour sa part la robotique représente une spécialisation à part entière.
L’intégration d’un robot ou d’un manipulateur nécessite de l’expérience pour la définition des cinématiques, et pour le développement de la solution robotisée. Le contrôle de mouvement qui s’en suit implique l’utilisation d’algorithmes complexes mais aussi spécifiques pour définir et optimiser les multiples trajectoires, la programmation de ces trajectoires dépendant de la cinématique du robot.
Une programmation d’autant plus complexe qu’elle doit intégrer des notions de solutions itératives afin de déterminer la meilleure position de saisie pour le préhenseur. D’autres facteurs mécaniques peuvent venir influer les performances du système, qu’ils s’agissent de la friction, des variations de charge, des forces centripètes… tous ces changements sont à prendre en compte et impliquent le plus souvent l’utilisation d’algorithmes non linéaires.
Or, ces challenges ont été résolus par les communautés robotiques. Ces derniers ont intégré ces compétences au sein de leur gamme de produits. Traditionnellement, une solution robotisée contient outre le contrôleur d’autres composants indispensables comme les boîtiers d’apprentissage ou des fonctions logicielles spécifiques comme la coordination entre plusieurs mécaniques des apports qui positionnent les robots bien au-delà du simple contrôle de mouvements.
Du coup, pour le constructeur de machines d’emballage, vouloir intégrer un sous-système de contrôle séparé, uniquement pour rajouter un manipulateur robotisé n’est pas la solution idéale. Le coût d’un robot dédié reste trop élevé, c’est la raison pour laquelle les fournisseurs de systèmes d’emballages ajoutent des fonctionnalités robotisées qui font partie intégrante de leur système de contrôle.
La modularité facilite l’intégration de robots
Pour rendre les machines d’emballage modulaires, les constructeurs proposent des structures reposant sur des sous-systèmes fonctionnels tels que : carrousels de bouteille, étiqueteuses et emballeuses. Le robot est quant à lui considéré comme un autre sous-composant fonctionnel, son intégration renforçant cette modularité.
Pour le développeur de la machine, utiliser un système de contrôle commun pour les modules robotiques et les autres éléments engendre un bénéfice majeur : la synchronisation des mouvements. De plus, les contrôleurs utilisés vont évoluer et étendre l’utilisation de la vision au-delà de l’inspection, en intégrant des fonctionnalités de vision qui tiennent compte de l’adaptabilité des applications robotisées. Les logiciels chargés de la coordination des mouvements, en fonction de la vision, fourniront une dimension supplémentaire et rendront les mécaniques plus flexibles avec l’intégration de fonctionnalités d’inspection.
La robotique dans les environnements de programmation standards
Le standard de programmation industriel IEC 61131, devenu une norme pour les machines de troisième génération, permet aux fournisseurs d’automatismes d’étendre leur langage aux applications robotisées. Ils encapsulent les fonctionnalités "robot" en tant que librairies ou blocs de fonctions standards, permettant ainsi la programmation du module robotisé avec le même environnement que celui des machines de contrôle.
Du coup les constructeurs de machines d’emballage, cherchant à intégrer des fonctionnalités robotisées, se doivent d’identifier les plates-formes de programmation en automatismes capables de supporter ces librairies logicielles dédiées à la robotique. L’efficacité de ces librairies dépend aussi de la capacité de la plate-forme d’automatisation à supporter la modularité issue du couple logiciel IEC61131-3 et architectures matérielles.
L’utilisation des extensions de blocs de fonctions IEC 61131-3 pour la robotique va abaisser le coût global du cycle de vie des équipements puisque l’intégration, la formation, et le service après vente des fonctionnalités robotisées seront cohérents avec le système de contrôle.
Les constructeurs de machines d’emballage n’ont pas besoin d’utiliser un nouveau jeu d’outils de programmation pour intégrer des fonctionnalités robotisées. IEC 61131 s’avère extensible à la robotique et à la vision industrielle.
