18 novembre 2019

Génie mécanique Recherche et innovation Les matériaux innovants et la fabrication avancée

Des systèmes pour guider l’assemblage en fabrication aérospatiale

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RÉSUMÉ:

Malgré l’automatisation croissante en lien avec l’industrie 4.0, les systèmes d’assemblage manuel tiennent toujours une place importante, surtout dans certains domaines de fabrication comme l’aéronautique. Dans ce contexte, certaines technologies pour soutenir les humains dans l’exécution de leurs tâches sont prometteuses. Nous présentons ici une solution pour guider l’assemblage, une technologie intégrée ayant le potentiel d’améliorer la performance humaine en ce qui a trait à la qualité et à la réduction des erreurs.

Le rôle de l’assemblage manuel aérospatial

Les chaînes de montage sont des procédés où des pièces sont ajoutées de façon systématique dans le flux de production jusqu’à l’obtention du produit final. Selon le niveau de normalisation et la nature des tâches, l’automatisation, voire l’automatisation complète des chaînes de montage, se retrouve davantage dans certains secteurs industriels par rapport à d’autres. Par exemple, l’industrie automobile a privilégié un assemblage principalement automatisé, où l’humain joue encore un rôle, quoique cantonné à des phases précises du procédé. En revanche, dans l’industrie aérospatiale, la complexité de l’objet à fabriquer et le niveau élevé des exigences nécessitent un assemblage manuel, où l’humain joue encore un rôle important. Les avions ne sont pas des biens de consommation de masse, ce qui limite l’étendue de déploiement des chaînes de montage automatisées.

Erreur humaine et problèmes de qualité dans l’assemblage manuel

Assemblage manuel

L’aérospatiale étant un secteur où la fiabilité est vitale, la qualité est un aspect majeur de la production, non seulement en raison des pertes économiques associées, mais aussi en raison de l’impact possible sur la sécurité. Malheureusement, les humains ne sont pas infaillibles : des erreurs en cours d’assemblage manuel peuvent survenir et entraîner des problèmes de qualité. Ces erreurs sont, par exemple, des connexions lâches, un composant manquant, des dommages causés durant l’assemblage, des corps étrangers ou une contamination. Récemment, Boeing a dû clouer au sol ses ravitailleurs KC-46 (version modifiée du KC-767) lorsque l’armée de l’air américaine a trouvé des débris provenant de corps étrangers (Foreign Object Debris) à l’intérieur des avions assemblés (Gates 2019). L’origine de ces erreurs, selon une approche systémique, relève souvent de la conception de l’organisation du travail ou de l’environnement de travail comme, par exemple, la charge de travail, la cadence imposée, la complexité de la tâche ou des instructions confuses, entre autres (Eklund 1997). Dans certains cas, des instructions visuelles plus réalistes pourraient réduire le niveau d’interprétation requis chez les monteurs.

Système de guidage pour l’assemblage dans le cadre de l’industrie 4.0

L’avènement de l’intelligence artificielle dans le cadre de l’industrie 4.0 permet d’étendre les applications de la vision par ordinateur. Les composants du système de vision peuvent simplifier les opérations complexes d’assemblage manuel et d’inspection pour les assembleurs, de même que la séquence d’opération et la formation (Ryznar 2016). Les systèmes de guidage pour travailleurs allient vision par ordinateur et réalité augmentée à l’intelligence humaine. Ce type de système peut guider et valider le procédé d’assemblage effectué par les assembleurs.

Différentes configurations de ces systèmes d’information et d’assistance sont offertes. Microsoft propose HoloLens 2, un casque de réalité mixte spécialement conçu pour les travailleurs d’usine. Le système peut suivre, en temps réel, ce que fait un travailleur à l’aide des capteurs Azure Kinect; les caméras Microsoft peuvent balayer l’environnement pour détecter des objets réels. Un ensemble d’instructions holographiques apparaît alors devant l’opérateur en fonction des différentes étapes du procédé d’assemblage. Toutefois, ce type de configuration à casque peut s’avérer inconfortable ou présenter d’autres problèmes relatifs au champ de vision par exemple (Bohn 2019). En effet, les travailleurs risquent de percevoir le port du casque pendant toute la durée du quart de travail comme pouvant devenir inconfortable.

Une autre configuration prometteuse est le système guide optique de Light Guide Systems (LGS). Ici, au moyen de la vision par ordinateur, des caméras suspendues détectent ce que l’assembleur fait et des projecteurs haute-intensité diffusent les instructions directement sur l’espace de travail ou sur l’objet à assembler. Mayrhofer et al. (2019) proposent un système de ce genre dans l’assemblage des ailes d’avions. Cette configuration permet d’éviter à l’assembleur de porter un casque, mais le contraint à rester dans le même espace de travail puisque le système est fixe. Il peut cependant être plus confortable du point de vue visuel. Toutefois, le LGS risque d’être limité quant aux instructions en 3D fournies aux assembleurs. Il est en mesure d’indiquer la position d’une pièce à installer, mais lorsque différentes orientations sont possibles, il peut être difficile de projeter l’orientation exacte de la pièce sur une surface 2D. C’est un inconvénient important quand on cherche à éviter les erreurs liées à la géométrie dans l’assemblage manuel.

Conclusion

Les systèmes guidage en assemblage représentent une solution possible pour favoriser la performance des travailleurs et la qualité de leur travail. Des questions demeurent toutefois quant au choix et au déploiement appropriés de ces technologies. L’équipe du Laboratoire de génie des facteurs humains appliqué de l’ÉTS se penche, entre autres, sur l’utilisabilité de ces technologies numériques.