Industrie aéronautique : les robots vont-ils remplacer les humains ?

L'industrie aéronautique, un secteur en perpétuelle quête d'innovation et d'efficacité, s'appuie de plus en plus sur une variété de robots spécialisés. Ces machines révolutionnent les méthodes de production, de la conception à la maintenance des aéronefs.

L'avènement de la robotique 4.0, marque une transformation radicale dans l'industrie aéronautique et spatiale. Ce bouleversement technologique amène à nous interroger : les robots peuvent-ils remplacer les humains dans ces secteurs ?

Pour répondre à cette question, nous nous sommes en partie appuyés sur l'étude réalisée par l'entreprise Protolabs et intitulée "Guide d'ingénierie sur le futur de la robotique industrielle".

On parlera de collaboration entre humains et machines

Pionnier dans la matière, le Panda de Franka Emika, lancé en 2016, est un bras robotique sensible, interconnecté et adaptatif, inspiré par l'agilité et le sens tactile humains. Conçu pour assister les humains, il est capable de manipuler délicatement les objets et d’effectuer des tâches programmées grâce à ses capteurs de couple sur sept axes.

Ce qui distingue le Panda des autres robots collaboratifs monobras est sa méthode unique de programmation et de formation. En effet, le robot apprend un mouvement par démonstration physique, en observant et imitant un expert. Cette démonstration pouvant être réalisée par un humain ou un autre robot.

Conjointement, les robots humanoïdes - conçus pour ressembler et se comporter comme des humains - intègrent des capteurs qui leur permettent d'interagir avec leur environnement et d'apprendre, surtout, de l'expérience contrairement aux simples robots industriels. Les avancées technologiques ont permis aux robots humanoïdes d'exécuter des tâches complexes comme la reconnaissance vocale, l'apprentissage automatique, le suivi des mouvements, et même la communication en langage naturel.

Ces robots peuvent effectuer des tâches nécessitant précision, vitesse et endurance, et sont utilisés dans des domaines variés comme l'industrie, la médecine, le divertissement et l'enseignement. Ils peuvent accomplir des travaux dangereux dans les usines, assister les chirurgiens lors d'opérations délicates, et créer des expériences interactives dans le divertissement. Leur capacité à reconnaître les expressions faciales et à marcher de manière similaire aux humains les rend plus adaptables et communicatifs.

Cependant, les robots humanoïdes présentent des défis et des limites, notamment leur coût élevé de maintenance et de développement, la complexité de leur programmation et de leur contrôle, une gamme de mouvements parfois limitée et une durée de vie inférieure à celle des robots industriels. Malgré ces obstacles, le potentiel des robots humanoïdes est immense, avec des applications futures possibles dans des domaines tels que la chirurgie, la gestion financière et le marketing, promettant d'améliorer les performances et l'efficacité dans de nombreux secteurs.

Diversité et spécialisation des machines

Les robots industriels articulés : pilier de la production aéronautique

Les robots industriels articulés, avec leur capacité à effectuer des tâches telles que le soudage, l'assemblage, le découpage, ou la peinture, sont devenus essentiels dans la chaîne de production aéronautique ou les opérations logistiques. Ils disposent de bras articulés et leur polyvalence et leurs multiples degrés de liberté permettent une précision et une efficacité accrues sur une chaîne l'assemblage d'avions et la fabrication de composants. D'après une étude de l'International Federation of Robotics, le marché des robots industriels dans l'aéronautique a connu une croissance de 5% en 2022, preuve de leur importance croissante.

 

"Sur le marché, le secteur de la robotique constitue un secteur extrêmement diversifié et en développement permanent, alimentant plusieurs domaines clés, notamment la chirurgie, la vision industrielle, l’automatisation des entrepôts, les véhicules autonomes et bien d’autres encore. Pour ce qui est de l’avenir, je pense que nous sommes aux premiers stades de l’évolution de ce secteur, dont les perspectives de croissance sont sous-tendues par de nombreux facteurs", indique Eric Besnier, Consultant Management Performance & Supply Chain.

L’Ascension des robots SCARA

Les robots SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm), spécialisés dans les mouvements rapides sur un plan horizontal, sont des acteurs clés dans la fabrication de composants électroniques. Leur précision et leur rapidité facilitent l'assemblage de petits composants, un défi majeur dans la miniaturisation des systèmes aéronautiques. Ces robots représentent environ 10% du marché global des robots dans l'industrie, selon Robotics Business Review.

Les robots cartésiens : précision linéaire à l'honneur

Utilisés pour des opérations nécessitant une grande précision linéaire, les robots cartésiens sont des outils indispensables pour la manutention, le chargement et l'assemblage dans les usines aéronautiques. Leur capacité à se déplacer précisément le long des axes X, Y et Z les rend particulièrement adaptés pour des tâches nécessitant une grande exactitude.

Robots delta et parallèles : rapidité et efficacité

Les robots delta, connus pour leur structure unique et leur vitesse, sont fréquemment utilisés pour les opérations de pick-and-place (saisie et placement). Leur rapidité et leur précision sont essentielles dans les lignes de production où le temps et l'efficacité sont cruciaux.

Cobots : la collaboration Homme-Robot

Les cobots, conçus pour travailler en harmonie avec les humains, sont une innovation majeure dans l'industrie. Équipés de capteurs de sécurité, ils permettent un environnement de travail plus flexible et sécurisé, en particulier pour des tâches d'assemblage ou de manutention légère. Ils gagnent en popularité, surtout quand il soulage l’Homme des gestes répétitifs et du port de charges.

Les Robots Mobiles Autonomes (AMR) : flexibilité et autonomie

Les AMR sont de plus en plus présents dans les usines aéronautiques pour le transport de matériaux et d’outils. Leur autonomie et leur capacité à naviguer dans des environnements complexes les rendent indispensables pour une gestion efficace des flux de matériaux, dans les usines ou dans les entrepôts pour un transport entre les postes.

Robots de peinture et de revêtement : finitions parfaites

Ces robots sont spécialisés dans l'application uniforme de peintures et de revêtements, assurant une qualité de finition élevée indispensable pour les avions. Leur précision permet de réduire les déchets de matériaux et d'optimiser la qualité des finitions.

Robots d'inspection et de maintenance : vers une maintenance prédictive

Avec l'évolution de la technologie des capteurs, les robots d'inspection et de maintenance jouent un rôle de plus en plus crucial. Ils permettent d'effectuer des tâches comme le contrôle des fissures ou l'inspection des revêtements avec une précision et une efficacité inégalées, ouvrant la voie à une maintenance prédictive plus fiable.

L'ensemble de ces robots, que l'on qualifie de "machines spéciales à commande numérique", sont présentes dans l'assemblage et la fabrication de véhicules automobiles depuis plus de 30 ans. Cependant, elles n'ont pas été désignées comme des "robots" par les industriels de l'époque. Ce qui distingue la nouvelle génération de robots, dits "intelligents'" est leur capacité à intégrer des calculateurs et de l'intelligence artificielle. Cette innovation leur permet de générer des séquences ou des mouvements alternatifs, les rendant ainsi capables de créer de nouveaux cheminements pour atteindre un objectif donné.

Cette évolution a donné naissance à une nouvelle génération de robots, classés en six catégories. Les plus répandus sont les robots mobiles autonomes (AMR, Autonomous Mobile Robots), les véhicules à guidage automatique (AGV, Automated Guided Vehicle), les robots articulés, les cobots (robots collaboratifs), les humanoïdes, et les modèles hybrides.

Quels robots humanoïdes pour remplacer les humains dans l'industrie ?

Dans le secteur de la fabrication industrielle, les robots humanoïdes tels que Sophia de Hanson Robotics, Moxi de Diligent Robotics, Optimus de Tesla, Nadine de Nanyang University of Technology, et CyberOne de Xiaomi offrent une gamme variée de fonctionnalités. Sophia et Nadine, par exemple, se distinguent par leur capacité à interagir avec les humains, tandis que Moxi et CyberOne sont conçus pour des rôles d'assistance et de reconnaissance. Optimus, quant à lui, cible spécifiquement les chaînes de montage industriel.

© Sophia de Hanson Robotics

En ce qui concerne l'automatisation plus traditionnelle, ABB (Suisse) et KUKA (Allemagne) fournissent des robots pour des tâches spécialisées telles que la manutention de matériaux et le soudage, se concentrant sur la précision et l'efficacité. De leur côté, FANUC et YASKAWA (Japon) se distinguent dans les systèmes CNC et la production de robots automatisés pour le soudage, l'assemblage, et la manutention, avec une attention particulière à la stabilité opérationnelle.

Ces différentes entreprises et leurs robots illustrent l'évolution des capacités robotiques, offrant des solutions variées pour améliorer l'efficacité et la sécurité dans l'industrie moderne.

Atlas, champion toutes catégories

Atlas de Boston Dynamics, un robot humanoïde avancé, trouve des applications potentielles dans l'industrie, notamment sur les chantiers de construction. Créé en 2013 et mesurant 1,88 mètre, Atlas a été amélioré au fil des ans pour effectuer des tâches telles que porter des paquets, ouvrir des portes, et se relever après une chute. Il a même démontré sa capacité à effectuer des sauts et des saltos arrière. Capable de conduire un véhicule, de naviguer à travers des débris, d'utiliser des outils pour réaliser des travaux et de localiser des fuites d'eau ; Atlas est conçu pour assister dans les opérations de recherche et de sauvetage.

© Atlas de Boston Dynamics

Une récente démonstration a montré Atlas travaillant sur un chantier de construction, où il a utilisé ses capacités de perception visuelle pour identifier et transporter des outils à un ouvrier situé sur des échafaudages, démontrant son aptitude à interagir et à collaborer avec les humains dans des environnements de travail réels. Ces capacités indiquent le potentiel d'Atlas à effectuer des tâches complexes et à s'adapter à des environnements industriels variés, contribuant ainsi à l'efficacité et à la sécurité sur les sites de travail.

La Chine ambitionne de produire en masse des robots humanoïdes d'ici 2025

A travers le ministère de l’Industrie et des Technologies de l'information, le gouvernement chinois vise à développer et produire massivement des robots humanoïdes d'ici 2025, avec des applications envisagées dans les secteurs militaire et aéronautique. Les objectifs comprennent l'utilisation de ces robots dans divers secteurs, notamment pour des opérations spéciales et des services de subsistance.

Des projets tels que le CyberOne de Xiaomi et le GR-1 de Fourier Intelligence sont en cours de développement, visant des capacités avancées comme la reconnaissance 3D et l'assistance médicale. Par ailleurs, la Chine a présenté un robot quadrupède pour des missions militaires, capable de porter des charges importantes et de naviguer sur différents terrains. Ces initiatives s'inscrivent dans une stratégie visant à renforcer la position de la Chine dans la robotique humanoïde.

L’aéronautique : Cobot ou robots humanoïdes ?

Les robots humanoïdes pourraient jouer un rôle significatif en effectuant des tâches complexes ou dangereuses, libérant ainsi les opérateurs humains pour des tâches à plus forte valeur ajoutée.

Dans ce cas d’usage, il existe le robot quadrupède "Spot", développé par Boston Dynamics, qui est utilisé dans le cadre des efforts de déclassement du site nucléaire de Dounreay en Écosse, au Royaume-Uni. Conçu pour se déplacer sur des terrains accidentés, Spot est capable d'éviter les obstacles et de monter des escaliers, ce qui le rend particulièrement adapté pour l'exploration de zones dangereuses. Son agilité lui permet d'opérer efficacement dans des environnements potentiellement explosifs, toxiques ou difficiles d'accès.

En plus de ces capacités, l'équipe envisage d'explorer différents autres cas d'utilisation pour Spot, démontrant ainsi sa polyvalence et son utilité dans des contextes variés.

Spot Public Safety, est conçue pour assurer la sécurité des personnes en évaluant et en intervenant dans des situations dangereuses, en toute sécurité.

Assistance sur les lignes d'assemblage

Dans le domaine de la fabrication, la robotique offre des solutions innovantes pour les défis de fabrication, notamment dans la manipulation de matériaux et la production de pièces complexes. Cela inclut des applications telles que le perçage précis, la peinture et l'inspection des matériaux composites. Par exemple, le développement de robots spécialisés dans le perçage de trous pour les fixations dans les fuselages d'avions est devenu une pratique courante chez les fabricants comme Boeing et Airbus. Ces robots offrent une précision et une répétabilité inégalées par rapport aux méthodes manuelles.

Les robots humanoïdes peuvent aider dans l'assemblage d'avions, notamment en s'occupant des tâches laborieuses ou périlleuses. Leur capacité à travailler dans des espaces restreints est cruciale, surtout compte tenu de la taille et de la complexité des appareils aéronautiques. Des robots comme ceux développés par le Joint Robotics Laboratory (JRL) et Airbus Group peuvent manipuler des éléments, serrer des écrous, nettoyer des zones de poussières métalliques, ou insérer des pièces dans la structure des appareils.

Robotique, maintenance et inspection aéronautique

La robotisation de la maintenance aéronautique, illustrée par des projets comme celui d'Air-Cobot d'Airbus lancé en janvier 2013, vise à améliorer la fiabilité et la sécurité. Ces robots, capables de réaliser des inspections précises et répétitives, jouent un rôle crucial dans la diminution des coûts et des délais de maintenance, tout en améliorant la sécurité des vols. Le projet Air-Cobot, en particulier, a mis en avant l'utilisation de robots mobiles autonomes (AMR) pour l'inspection visuelle des avions, marquant une avancée significative dans la maintenance préventive et la détection des anomalies.

© Air-Cobot d'Airbus

Pouvant manœuvrer dans des espaces étroits et difficiles d'accès pour les humains, les robots humanoïdes assuraient ainsi une maintenance plus efficace et sécuritaire.

Tests et Contrôles de Qualité

Enfin, dans la phase finale de la fabrication, les robots humanoïdes pourraient être déployés pour effectuer des tests et des contrôles de qualité. Leur précision et leur capacité à exécuter des tâches répétitives sans erreur sont des atouts majeurs dans ce contexte.

Ce qui est certain, c’est que l’intégration de robots humanoïdes dans le secteur aéronautique pourrait améliorer l'efficacité, la précision et la sécurité des processus de fabrication, tout en permettant aux travailleurs humains de se concentrer sur des tâches nécessitant une expertise plus avancée et une prise de décision stratégique.

Erik Nieves, le directeur de la technologie (CTO) de Motoman Robotics Division de Yaskawa America Inc., souligne que les robots modernes sont devenus plus capables et précis, les rendant adaptés pour les applications aérospatiales, en particulier dans les opérations de perçage. Curtis Richardson de Spirit AeroSystems Inc. ajoute que l'utilisation de robots pour le perçage réduit les coûts d'outillage et offre une alternative moins coûteuse aux équipements de perçage manuel.

Des experts de l'industrie, tels que les ingénieurs de Boeing et Lockheed Martin, témoignent de l'efficacité des robots dans des applications spécifiques. Boeing utilise environ 90 robots dans ses opérations mondiales pour des tâches telles que le perçage et la peinture, optimisant ainsi la qualité et l'efficacité de ses processus de production. Jerry Fox, ingénieur senior chez Boeing Commercial Airplanes, exprime que l'industrie aérospatiale s'éloigne des outillages fixes coûteux au profit de systèmes modulaires et flexibles, y compris les robots mobiles capables de s'adapter à différents produits.

Aussi et ce qui n’est pas négligeable, la robotique joue un rôle clé dans la promotion du développement durable dans l'aéronautique et le spatial. L'utilisation de ces robots dans la peinture des aéronefs réduit l'exposition des travailleurs à des environnements dangereux, tout en optimisant l'utilisation des matériaux et en minimisant les déchets.

L’impact sur l'emploi

Aujourd’hui, le déploiement de la robotique dans l'aéronautique et le spatial soulève des interrogations quant à l'avenir de l'emploi. Selon un rapport de GlobalData en 2023, malgré l'automatisation croissante, ces secteurs connaissent une augmentation des embauches, notamment pour des profils hautement qualifiés en ingénierie et en programmation robotique. En Q2 2023, l'industrie a connu une croissance de 7% des offres d'emploi par rapport au trimestre précédent, malgré une baisse annuelle de 19%. Les professions en architecture et ingénierie représentent 23% des postes liés à la robotique, suivies par les professions en informatique et mathématiques avec 21%. Ces tendances indiquent une évolution des compétences requises, favorisant une main-d'œuvre hautement technique capable de travailler aux côtés de la robotique avancée.

Rishi Ranjan, fondateur et PDG de GridRaster, explique que l'intelligence artificielle (IA) et la robotique offrent de nouvelles opportunités d'emploi dans l'industrie aérospatiale. Ces postes incluraient la maintenance des systèmes d'IA, le développement d'algorithmes et la supervision d'une utilisation éthique de l'IA. Selon lui, l'IA changera la méthode de travail des techniciens mais ne remplacera pas la perception humaine, soulignant une relation complémentaire entre l'humain et la machine dans ce secteur. "L’IA par sa propre technologie est capable d’apporter des hypothèses de calcul plus variées et plus nombreuses et donc d’élaborer des scénarii que l’homme seul n’aborderait pas, ceci en tenant compte de sa propre limite de calcul, alors que l’IA repousse sans cesse ces limites.", précise Eric Besnier.

L'intégration de ces différentes technologies robotiques dans l'industrie aéronautique illustre parfaitement la transformation numérique du secteur. En adoptant ces robots, l'industrie aéronautique non seulement optimise ses processus de production, mais ouvre également la voie à des innovations en termes de conception, de qualité et de sécurité. L'époque où l'aéronautique était dominée par le travail manuel intensif est révolue, faisant place à une ère de précision robotique et d'automatisation intelligente.