Systèmes de palettisation robotisés : choisir entre un automate programmable, un robot et un contrôle par IA

Une fois qu’un processus de fabrication est terminé et que les produits sont prêts à être distribués, ils doivent généralement être empilés sur des palettes. Traditionnellement, cette tâche nécessitait une importante main-d’œuvre manuelle, entraînant souvent des blessures et des problèmes ergonomiques chez les travailleurs. La palettisation automatisée élimine cette contrainte physique tout en permettant de réaliser d’importantes économies de main-d’œuvre sur la chaîne d’assemblage.

Toutefois, le choix de la bonne architecture de commande est essentiel pour maximiser l’efficacité. En tant qu’expert du secteur, je vous guiderai dans le processus de décision en comparant l’automatisation câblée, la logique des automates programmables, le calcul robotique et le rôle émergent de l’intelligence artificielle.

Quand l’automatisation câblée est-elle suffisante ?

Les robots ne sont pas toujours indispensables pour la palettisation. Certains processus peuvent utiliser une « automatisation câblée » plutôt que des bras articulés. Par exemple, les charges lourdes telles que les sacs de ciment ou de céréales sont souvent manipulées au moyen de portes coulissantes horizontales et de goulottes de convoyage mobiles.

Pour ces systèmes simples, un PLC standard ou un système de commande à relais suffit. Cette approche est efficace lorsqu’il s’agit d’un flux de produits homogène qui ne varie ni en taille ni en configuration d’empilage. Cependant, cette solution manque de flexibilité : elle est rigide et ne peut pas s’adapter aux changements sans reconfiguration mécanique.

La nécessité de la flexibilité robotique

La complexité augmente considérablement lorsqu’il faut gérer des configurations d’empilage variées ou des produits mélangés. Dans ces scénarios, l’automatisation robotique devient nécessaire. Un robot peut modifier dynamiquement le positionnement des produits en fonction d’informations programmées ou de données provenant de capteurs externes.

De plus, les robots offrent une grande polyvalence grâce à leurs outillages. En équipant un robot d’une pince capable de manipuler plusieurs configurations de produits, les fabricants peuvent palettiser différents SKU sans arrêter la ligne. Cette flexibilité constitue le principal avantage des robots par rapport aux systèmes d’automatisation câblée traditionnels.

Figure 1. Solution de palettisation robotisée mobile conçue pour permettre des changements rapides de production. Image publiée avec l’aimable autorisation de Control.

Optimiser les mouvements et l’efficacité

La programmation qui commande le processus de palettisation est le facteur clé de l’efficacité. Un système bien optimisé réduit les temps d’arrêt en exploitant les moments d’inactivité pour effectuer des tâches auxiliaires. Par exemple, en attendant le prochain lot de produits, un robot peut placer une feuille intercalaire sur une palette.

L’efficacité dépend également de la configuration du système. Les systèmes à chariots en T permettent aux robots d’empiler simultanément plusieurs voies de production. Dans ces installations, la programmation doit se concentrer sur la préparation des palettes et la réduction des temps d’inactivité afin d’éviter les goulots d’étranglement dans le flux de travail. Chaque milliseconde économisée dans la planification des mouvements contribue à réduire le temps de cycle.

Le rôle des IHM dans la récupération après erreur

Une avancée majeure des systèmes modernes de palettisation est l’intégration d’une fonction de remplacement du compteur de placement via une IHM (interface homme-machine). Cette fonctionnalité permet aux opérateurs de réinitialiser numériquement les compteurs de voies spécifiques.

Imaginons le scénario suivant : si une boîte tombe de l’outil en bout de bras (EoAT), l’opérateur peut ajuster le compteur de placement sur l’écran tactile. Il n’est ainsi plus nécessaire d’intervenir manuellement à l’intérieur de la cellule pour faire correspondre l’empilage physique au compteur interne du robot. Cette fonction simplifie la tâche et améliore considérablement la sécurité des opérateurs en réduisant la nécessité de procéder à des réinitialisations physiques.

Figure 2. La palettisation robotisée utilise des pinces personnalisées pour les boîtes et les emballages individuels. Image publiée avec l’aimable autorisation de Control.

Commande par PLC ou par robot : la différence de traitement

Comprendre la différence entre la logique de commande d’un PLC et celle d’un robot est essentiel pour concevoir un système. Les PLC exécutent la logique à contacts de manière séquentielle, ligne par ligne. Ils sont donc particulièrement adaptés à la gestion du flux logique de l’ensemble de la ligne de production, par exemple pour signaler qu’il faut préparer davantage de produits après un cycle de palettisation.

En revanche, les robots utilisent généralement des langages à texte structuré. Pendant le processus d’empilage, ils présentent un avantage distinct. Ils peuvent calculer simultanément la position de la couche suivante, suivre le placement des feuilles intercalaires et enregistrer les coordonnées en arrière-plan, sans dépendre d’un processus strictement séquentiel. Cette capacité de traitement parallèle permet souvent d’obtenir une opération d’empilage plus efficace.

L’émergence des systèmes de calcul fondés sur l’IA

Certaines opérations avancées contournent à la fois le contrôleur du robot et les PLC externes. Elles utilisent plutôt un ordinateur central qui collecte les données provenant de caméras et de scanners. Grâce à des algorithmes efficaces, souvent fondés sur l’IA, ces systèmes calculent en temps réel les trajectoires et les points de destination.

Le principal avantage réside dans l’adaptabilité. Pour des charges composées de SKU mélangés ou de produits irréguliers, un système d’IA peut calculer en continu la trajectoire la plus rapide. Le temps de cycle reste ainsi minimal, même lorsque les variables liées aux produits changent fréquemment, offrant un niveau d’optimisation que la programmation traditionnelle peine à égaler.

Figure 3. Les partenariats entre entreprises de robotique et de logiciels peuvent contribuer à optimiser les trajectoires et à réduire le temps de cycle. Image publiée avec l’aimable autorisation de Control.

Vitesse, sécurité et meilleure solution

Il est important de se rappeler que les meilleurs systèmes de palettisation ne sont pas nécessairement les plus rapides pris isolément. La solution optimale accomplit la tâche principale avec un temps d’arrêt minimal pour les processus en amont et en aval. La plupart des installations modernes adoptent une approche hybride, combinant plusieurs systèmes de commande afin de créer le flux de travail le mieux adapté à leur assortiment de produits.

Point de vue de l’auteur : En tant qu’expert en automatisation, je constate souvent que les clients surdimensionnent leurs systèmes pour gagner en vitesse. Je leur conseille de donner la priorité à la flexibilité et à la sécurité. Un système capable de gérer les changements de produits (grâce à une IHM ou à l’IA) et de protéger les opérateurs (grâce aux fonctions de remplacement en cas d’erreur) offrira, à long terme, un meilleur retour sur investissement qu’un système qui fonctionne simplement rapidement, mais nécessite des ajustements manuels constants.

À propos de l’auteur

Zhang Qiao est un spécialiste chevronné de l’automatisation industrielle qui possède plus de 15 ans d’expérience dans les systèmes PLC, DCS, TSI et de protection électrique. Au cours de sa carrière, Zhang a rédigé des documents techniques et des articles d’actualité pour de grands fabricants mondiaux de systèmes d’automatisation, apportant une expertise technique approfondie sur des problématiques complexes d’ingénierie des systèmes de commande.