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Pourquoi l'automatisation est importante pour l'industrie aéronautique

L'industrie aéronautique se trouve dans une situation difficile depuis un certain temps.

D'une part, la demande d'avions est très élevée[1] et continuera d'augmenter dans les années à venir. La seule solution en vue est l'automatisation durable des processus de fabrication.

D'autre part, les améliorations apportées à l'automatisation dans le cadre de l'industrie aéronautique ont été progressives, de sorte que la solution à ce problème est loin d'être imminente. Les avancées technologiques sont lentes à l'égard de ce problème, ce qui amène à se demander à quel point l'objectif de l'automatisation est éloigné, et s'il s'agit vraiment de la seule solution au problème auquel est confrontée l'industrie aéronautique.

Dans cet article, nous allons discuter de ce qu'est l'automatisation aéronautique dans le cadre de la fabrication d'assemblages, des défis auxquels l'automatisation est confrontée et ce que l'avenir lui réserve dans l'industrie aéronautique.

Automatisation et intégration dans l'industrie aéronautique

L'automatisation peut être utilisée pour accroître la sécurité, la productivité et la valeur de l'effort humain. Les outils offrant un guidage intégré, un retour d'information et une meilleure manipulation peuvent conférer un avantage concurrentiel en termes de réduction des coûts, tout en fournissant un meilleur environnement de travail.

Dans certains cas, les étapes dangereuses peuvent être entièrement automatisées pour réduire le danger tout en maintenant les objectifs de production. Dans de tels cas, l'automatisation fournit un système de contrôle ou un équipement connecté à un programme qui lui indique d'effectuer un ensemble de tâches, avec une intervention humaine nulle ou minimale.

L'automatisation est actuellement utilisée dans l'industrie aéronautique pour soutenir la productivité des employés et réduire le besoin d'effectuer des tâches répétitives telles que le perçage et le remplissage. Cependant, il est toujours nécessaire de renforcer l'automatisation, car la demande de nouveaux avions continue de dépasser l'offre de fabrication.

Importance de l'automatisation dans l'industrie aéronautique

La demande d'avions augmente et continuera à augmenter dans les années à venir. Même aujourd'hui, la technologie de fabrication dans l'aéronautique n'est pas assez rapide ni rentable pour répondre à la demande actuelle, et encore moins à la demande croissante. Bien que l'automatisation ait progressé et que seule une petite partie du processus d'assemblage soit réalisée manuellement, elle est à l'origine de la plupart des pertes constatées lors du processus de fabrication.

Les pertes sont faibles lorsqu'on les examine individuellement, mais dans un processus répétitif où les tâches sont effectuées des milliers voire des millions de fois, leur ampleur est considérable. La précision est l'une des premières choses[2] auxquelles l'automatisation peut remédier.

En fournissant de meilleurs outils à vos équipes, vous augmenterez leur productivité tout en les protégeant. L'une des valeurs les plus importantes est la réduction du niveau de tension, lorsque les outils peuvent contribuer à réduire les erreurs en fournissant un meilleur retour d'information ainsi que des conseils. 

Par conséquent, le personnel peut consacrer plus de temps et prêter plus d'attention à la qualité. Cela permet de réduire les éventuelles pertes susceptibles de survenir lorsque des outils de mauvaise qualité entraînent des erreurs inattendues.

Les erreurs de production génèrent des coûts de diverses natures, notamment la possibilité de perdre le matériel. 

La mise en place des bons outils permet de rendre votre processus de fabrication plus cohérent, tout en améliorant le temps de production, en réduisant les mises au rebut et en renforçant la flexibilité du processus.

Ces avantages s'accumulent au fil du temps et permettent à votre équipe de réagir rapidement à l'évolution de la demande sur le marché.

Le dernier avantage lié à de meilleurs outils concerne l'amélioration de l'ergonomie, ce qui implique non seulement plus de sécurité (et éventuellement des taux d'assurance plus bas), mais également une meilleure rétention. Dans l'ensemble, une main-d'œuvre plus engagée a plus d'énergie et, en fin de compte, le roulement du personnel est plus faible. 

L'état actuel de l'automatisation aéronautique

L'automatisation de l'industrie aéronautique a progressé dans une certaine mesure, mais pas suffisamment pour réduire l'écart entre l'offre et la demande.

Sur la voie de l'automatisation complète, même l'industrie automobile est plus avancée que l'industrie aéronautique. Pourtant, le rôle de l'aéronautique est largement considéré comme précurseur en termes d'innovation et de technologie. Ce qui est encore plus surprenant, c'est que les processus de fabrication de ces deux industries présentent des similitudes importantes.

Ces dernières années, une grande partie du perçage et du remplissage de la production aéronautique a été automatisée, même si des équipements sur mesure de type portique ont été utilisés[3]. Il s'agit de grandes machines qui ressemblent à des grues plutôt qu'aux robots industriels allégés de l'industrie automobile. Cela signifie que ces machines ne sont qu'au début d'un très long cheminement vers un niveau d'automatisation significatif.

L'évolution de l'automatisation a lieu en trois étapes : fixe, programmable et flexible[4] :

  • Dans le cadre de l'automatisation fixe ou rigide, une machine ou un équipement est commandé par un ensemble de codes afin d'exécuter des tâches simples, et uniquement le long de l'axe de rotation et de l'axe linéaire. Cet équipement est généralement conçu pour produire un seul type de produit en raison de son manque de flexibilité. Ce type d'automatisation nécessite un investissement initial élevé que seule la production de masse pourrait rentabiliser, ce qui le rend idéal pour l'industrie automobile. 

  • Dans le cadre de l'automatisation programmable, les machines peuvent exécuter de nombreuses tâches en modifiant le code ou le programme. Cependant, il faut beaucoup de temps pour reprogrammer le système et remplacer les pièces mécaniques. Ce type d'automatisation présente un rendement bien inférieur à celui de l'automatisation fixe, capable de produire uniquement par lots de quelques dizaines à quelques milliers. 

L'automatisation flexible ou souple présente un coût initial de mise en place encore plus élevé que l'automatisation fixe, mais c'est de loin la méthode de production la plus efficace. Le système est capable de passer d'un mode à l'autre d'une simple pression sur un bouton. Il dispose d'un niveau de codage plus élevé, ce qui permet d'éviter une reprogrammation complexe lors du passage à un autre type de produit, et la machine est conçue pour s'adapter à diverses applications.

Les défis de l'automatisation dans l'aéronautique

Faire face à une forte demande et ne pas pouvoir y répondre est un problème que certaines industries préféreraient avoir, au lieu de ne pas avoir d'acheteurs du tout. Mais c'est un problème, tout de même. De plus, cela ne fera que s'aggraver dans les années à venir, lorsque le besoin d'avions augmentera et que la flotte aérienne mondiale continuera à vieillir. 

Voici quelques-uns des défis auxquels les scientifiques sont actuellement confrontés :

1. L'intégration du perçage dans l'automatisation flexible s'avère difficile en raison des forces de réaction et des vibrations, qui sont inhérentes aux perceuses actuelles. Les composants de l'itération actuelle de l'automatisation flexible ne sont pas assez solides pour résister aux forces du perçage classique[5].

2. Le perçage orbital est une méthode plus avancée qui peut permettre de percer avec des forces réduites et une taille suffisamment petite pour être intégrée dans l'automatisation flexible. Cependant, en cas d'utilisation répétée, la précision se détériore en raison de l'inertie inhérente au processus de perçage.

3. Les matériaux utilisés pour la robotique sont encore très chers. La plupart des pièces robotisées sont fabriquées en titane[6] et en matériau composite à base de fibres de carbone car elles sont à la fois extrêmement légères et durables. Ces deux matériaux sont également très chers car leur processus d'extraction est très complexe, et le rendement est faible.

Comment combler l'écart

Les innovateurs sont actuellement à l'œuvre et ont apporté une petite lueur d'espoir à l'égard de la problématique actuelle de l'industrie aéronautique :

  • Le contrôle adaptatif est un moyen de résoudre le problème de position statique dérivante du perçage orbital. Les paramètres du modèle de contrôle sont mis à jour en continu pendant le fonctionnement, combinant des paramètres fixes avec des paramètres adaptatifs comme pour l'expansion thermique. Cette technique peut être améliorée davantage en ajoutant des paramètres adaptatifs supplémentaires, comme pour la compensation du jeu.

  • Les lasers de poursuite, utilisés dans diverses applications telles que l'alignement des ailes d'un avion pendant l'assemblage, peuvent être adaptés pour un retour de position en temps réel. Ils peuvent aider à percer des trous avec une précision de 0,05 mm, mais restent trop chers pour toute application pratique dans l'industrie aéronautique.                                                                     

  • Des recherches peuvent également être menées pour mettre au point un actionneur pour les effecteurs terminaux ; cela permettrait d'assurer un temps de réponse plus rapide au retour d'information reçu par le robot. Associé à un laser de poursuite, un tel actionneur pourrait améliorer considérablement la précision du robot.

L'amélioration des processus de fabrication des pièces et des composants robotisés pourrait également contribuer à réduire le coût initial d'un assemblage automatisé. Airbus dispose actuellement d'une chaîne d'assemblage de fuselage automatisée composée de 20 robots, d'un système de mesure de positionnement par laser et d'un nouveau système numérique, mais l'entreprise a un arriéré de 6000 avions de ligne A320 et peut justifier le coût de l'investissement. 

Dans l'intervalle, les constructeurs d'avions peuvent augmenter leur production en utilisant les outils aéronautiques les plus avancés actuellement disponibles sur le marché. Ces outils améliorent considérablement la productivité des opérateurs tout en protégeant la santé au travail, et constituent ce qui se rapproche le plus d'une chaîne d'assemblage entièrement automatisée :

  • Perceuse électrique portative EBB26 - Cette perceuse de précision permet de résoudre la plupart des problèmes de précision des perçages. Elle est dotée d'un mécanisme de retour intégré pour la correction des erreurs, ce qui permet d'éliminer les erreurs de l'opérateur. Elle dispose également d'une gâchette programmable et d'un faux-rond réduit pour garantir que chaque trou percé est conforme aux attentes et aux prévisions.

EBB26-055-P, battery tool

  • Unité de perçage avancée PFD 1100 - Cette perceuse est dotée d'un moteur à turbine haute puissance qui permet d'utiliser l'outil lors de chaque étape de la production d'un avion, de la fabrication des composants à l'assemblage final. Sa conception modulaire peut être facilement configurée pour le perçage à angle droit ou vertical, et elle dispose d'une large gamme de réglages de vitesse et d'avance, ce qui la rend adaptable à tous les besoins de perçage.

PFD1100 with PVC hose application image

Comment Atlas Copco peut-il vous aider ?

On ne peut nier les avantages de l'automatisation pour répondre à la demande croissante d'avions. L'automatisation flexible étant encore loin d'être une réalité, il convient de chercher d'autres moyens d'accroître la productivité. La gamme d'outils aéronautiques avancés d'Atlas Copco est conçue pour améliorer les choses, la promesse de l'automatisation n'ayant pas encore été tenue. 

Améliorez votre productivité grâce aux outils aéronautiques avancés d'Atlas Copco. Prêt à en faire plus et à gagner plus ?


Références :

1. Section « Supply Chain Operations », « Market outlook 2017-2037: A glimpse of the future », SATAIR, 09 janvier 2019

2. Muelaner, Jody, « High Accuracy Automation for Aerospace Manufacturing », engineering.com, 17 juin 2019

3. Weber, Austin, « Airbus harnesses automation to boost fuselage production », 10 décembre 2019

4. Groover, Mikell, « Automation », version électronique de l'Encyclopedia Britannica, 08 mai 2019

5. Muelaner, Jody, « High Accuracy Automation for Aerospace Manufacturing », engineering.com, 17 juin 2019

6. Betts, Douglas, « Industrial Robots, How Products Are Made »