Que ce soit dans l'atelier de production, dans une salle blanche ou dans un laboratoire : les robots et autres composants d'automatisation sont désormais utilisés partout, principalement pour des tâches répétitives, physiquement éprouvantes ou dangereuses. Cependant, il faut souvent beaucoup de temps avant qu'ils soient installés, programmés et configurés. L'objectif majeur est donc 'Automation of Automation'. Cela signifie que la configuration et la mise en service se déroulent de manière beaucoup plus automatisée qu'auparavant, ce qui permet d'économiser du temps et des coûts.
Le Fraunhofer IPA a présenté lors de l'Automatica à Munich une série de solutions qui, en utilisant des technologies d'IA, simplifient et accélèrent massivement la planification, la programmation et l'apprentissage des robots en (partiellement) automatisant ces processus.
Un cadre logiciel pour toutes les machines et installations
Des chercheurs dirigés par David Breunig de l'équipe de recherche sur les architectures IT pour la production au Fraunhofer IPA ont développé un cadre logiciel permettant aux entreprises d'automatiser l'ensemble de leur production. Les contrôleurs programmables (SPS), qui régulent jusqu'à présent le fonctionnement des machines et installations et qui sont largement utilisés dans les usines, pourraient ainsi devenir superflus.
'Quiconque achète aujourd'hui le SPS d'un fabricant établi devient dépendant de son matériel, de son environnement de développement et de son langage de programmation', déclare Breunig, 'et c'est exactement ce que nous voulons changer avec notre cadre logiciel.'
Pour montrer comment fonctionne cette automatisation définie par logiciel, Breunig et son équipe ont construit un démonstrateur qui illustre le fonctionnement et l'utilisation du cadre. Les visiteurs peuvent ainsi découvrir sur l'Automatica
sur l'écran les différents modules du cadre logiciel et créer ou optimiser eux-mêmes un projet d'automatisation.
Avec une collègue et deux collègues, Breunig prévoit de se lancer en tant qu'indépendant avec le cadre logiciel. Leur start-up, la retavi GmbH, commencera officiellement ses activités à la fin de l'année. Manipulateurs mobiles intelligents flexibles
Les robots humanoïdes attirent actuellement beaucoup d'attention dans les médias et joueront également un grand rôle à l'Automatica. Selon une étude du Fraunhofer IPA dans le cadre du centre de progrès de l'IA « Systèmes apprenants et robotique cognitive », de nombreuses entreprises montrent cependant peu d'intérêt à ce que les robots puissent se déplacer comme un humain.
Au lieu de cela, les experts interrogés voient le plus grand potentiel dans la capacité des humanoïdes à saisir des objets de manière aussi flexible qu'un humain. Et c'est précisément ici qu'une évolution actuelle du Fraunhofer IPA entre en jeu. En raison des nombreux degrés de liberté d'une main robotique, il n'est pas efficace de programmer de manière exhaustive les robots pour ces mouvements de saisie. Pour y remédier, le Fraunhofer IPA explore des approches pour l'apprentissage rapide et intuitif de mouvements complexes de saisie et de manipulation.
Les mouvements de saisie peuvent par exemple être appris dans une simulation et avec l'apprentissage par renforcement profond. L'accent est mis non seulement sur le contrôle des mains robotiques, mais surtout sur l'instruction et l'apprentissage intuitifs de nouvelles
applications pour des systèmes robotiques entièrement flexibles - y compris des plateformes mobiles polyvalentes avec plusieurs bras et pinces. Des méthodes modernes telles que l'apprentissage par imitation et les modèles de base sont utilisées à cet effet. Des instructions en langage naturel, des exécutions téléopérées ainsi que des processus démontrés par des humains sont utilisés pour transmettre efficacement les capacités des robots.
Le démonstrateur au stand offre un aperçu pratique de certains aspects de la technologie et montre, par exemple, comment des idées centrales de la recherche actuelle peuvent être transférées à l'application. De plus, il est possible d'en apprendre davantage sur les défis des méthodes d'apprentissage par imitation actuelles et des modèles de base, ainsi que sur la manière dont une approche hybride peut combler des lacunes existantes en combinant des capacités robotiques éprouvées et paramétrables avec des méthodes basées sur l'apprentissage.
Robotique de laboratoire flexible pour la manipulation et le dosage de liquides
La pénurie de main-d'œuvre qualifiée touche également les laboratoires et les établissements médicaux. Le personnel disponible passe une grande partie de son temps de travail quotidien à effectuer des tâches routinières monotones, retardant ainsi des activités à plus forte valeur ajoutée. Par conséquent, les solutions d'automatisation sont fortement demandées dans ce domaine. Un système 'standard' est cependant souvent inadapté, car les tâches et les objets à manipuler sont variés.
Le Fraunhofer IPA développe donc un kit logiciel adaptable pour les robots de laboratoire autonomes, permettant d'automatiser efficacement ces tâches routinières. Par exemple, les robots doivent être en mesure de collecter des consommables pertinents pour le processus, de doser des produits chimiques ou des échantillons de manière autonome, de récupérer des échantillons sensibles 'juste à temps' des réfrigérateurs ou des étagères chauffantes, ou, à terme, de réaliser des expériences de manière totalement autonome. Pour cela, le robot doit maîtriser des tâches telles que localiser et saisir divers conteneurs, peser avec précision différents liquides et solides, ouvrir des placards et des portes et naviguer de manière autonome.
À l'Automatica, le Fraunhofer IPA présentera l'état actuel de développement à l'aide d'un démonstrateur capable de doser automatiquement des liquides de différentes viscosités et de les répartir dans des conteneurs cibles définis.
Mettre en œuvre une collaboration homme-robot sécurisée de manière semi-automatisée
Les solutions d'automatisation modernes doivent être aussi flexibles que possible en raison des petites tailles de lot. Cela signifie également que les mesures de sécurité doivent être continuellement adaptées. La base de cela est l'évaluation des risques
et la certification CE - deux processus qui sont encore très longs et nécessitent beaucoup de connaissances d'experts. Le Fraunhofer IPA a donc développé des outils pour les phases de planification et d'utilisation, qui simplifient et accélèrent la conception de la sécurité.
L'exposition de salon « CARA » est un outil pour la phase de planification, qui aide largement à la conception de la sécurité. Il aide les professionnels avec une simulation 3D à planifier et à mettre en œuvre toutes les mesures de sécurité nécessaires avant la mise en service d'une installation en
six étapes. CARA prend en compte des paramètres tels que les dangers potentiels, les distances de sécurité et l'interaction possible entre l'homme et la machine. Les dangers de collision et de pincement sont automatiquement identifiés. Ensuite, l'outil propose des mesures pour réduire les risques.
Les modèles de collision, développés sur un banc d'essai automatisé par le Fraunhofer IPA, aident également lors de la phase de planification. Ils répondent au défi que les forces et pressions maximales autorisées lors de collisions éventuelles peuvent limiter les vitesses et les temps de cycle du robot, réduisant ainsi la performance de l'installation. Cependant, les forces qui se produisent en fonctionnement sont difficiles à calculer mathématiquement. Une fois créés, les modèles de collision permettent d'évaluer précisément la performance dès la phase de planification. CARA peut s'appuyer sur ces modèles.
Programmation intuitive des robots grâce à une nouvelle interface utilisateur
La programmation des robots reste souvent un goulot d'étranglement lorsqu'il s'agit d'une configuration ou d'une conversion efficace d'une application. Comment réduire les connaissances spécialisées nécessaires à cela et comment les robots peuvent également devenir plus accessibles est démontré par une nouvelle interface utilisateur à l'exemple d'une application de démontage simulée au stand. L'interface utilisateur permet de rassembler des compétences individuelles, c'est-à-dire des capacités robotiques, en une tâche complète. Pour cela, des blocs de compétences de la
logiciel « pitasc » du Fraunhofer IPA sont utilisés, qui peuvent être assemblés et combinés de manière spécifique à l'application sans connaissances en programmation.
Automatisation dans un environnement ultra-propre : 2ndSCIN et Tested Device
2ndSCIN est un revêtement de protection breveté qui rend les robots et autres composants d'automatisation mobiles prêts à être utilisés pour la production ultra-propre. Le revêtement est constitué d'un textile perméable, mobile et multicouche, qui imite
le fonctionnement de la peau humaine. La couche textile est équipée de capteurs qui mesurent en continu des paramètres tels que la concentration de particules, la contamination chimique, la pression ou l'humidité.
Des algorithmes basés sur l'IA analysent ces données de capteurs et permettent, par exemple, une maintenance prédictive. Selon l'application, deux couches de textile ou plus peuvent être superposées, séparées par des entretoises.
Dans les interstices, par exemple, de l'air peut être aspiré ou évacué. Cela permet d'éliminer les particules provenant de l'environnement ou du composant d'automatisation. L'introduction de gaz spéciaux dans les interstices du système permet par exemple sa stérilisation. Le revêtement peut être remplacé en environ une heure et peut être réutilisé après décontamination. « 2ndSCIN est extrêmement variable dans sa construction, ce qui nous permet de répondre à des besoins individuels. Ainsi, nous répondons à de nombreuses exigences pour des revêtements de protection adaptés à la pureté pour les composants de salle blanche, qui ne sont pas satisfaits par les produits existants », explique Udo Gommel, responsable de la production critique de contamination au Fraunhofer IPA. Lui et son équipe ont présenté 2ndSCIN à l'Automatica.
Depuis de nombreuses années, le Fraunhofer IPA propose également des procédures pour les émissions de particules, l'émission de gaz, l'ESD et d'autres exigences. Pour les produits examinés, la marque de certification Tested Device est attribuée, sur laquelle les visiteurs du salon peuvent également s'informer au
stand. Les entreprises reçoivent avec le rapport d'essai spécifique au produit et au client une confirmation de la pureté et de l'aptitude à la salle blanche de leurs installations, appareils ou consommables. Les enquêtes incluent
les environnements de production Atmosphères de salle blanche, Salles blanches sèches et Conditions sous vide.
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