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Robotique & sécurité: moins cher et meilleure performance

Dans le numéro de novembre de Thematic Insights, nous avions exploré les avancées technologiques, en particulier dans le domaine des semi-conducteurs et des capteurs, qui permettent aux robots de réaliser une gamme bien plus vaste de tâches, tant physiques que cognitives, que par le passé. 

Dans ce numéro, nous nous aventurons au-delà de la faisabilité technique de la robotique et analysons de plus près les avantages économiques de la robotique. En d’autres termes, le coût.

L’automatisation n’est pas notre ennemi. Nos ennemis s’appellent ignorance, indifférence et inertie. L’automatisation peut être l’allié de notre prospérité si nous regardons vers l’avenir, si nous comprenons ce qui va se produire.

Lyndon B. Johnson, 36e président des Etats-Unis1

Une ère d’ordinateurs bon marché

Dans les années 1970, les ordinateurs étaient chers et ne se trouvaient généralement que dans les bureaux des entreprises de premier ordre et chez les personnes très riches. En 1972, le HP 3000 coûtait 95 000 dollars américains2, soit l’équivalent de 541 000 dollars américains aujourd’hui en tenant compte de l’inflation. A notre époque, le prix de vente moyen d’un ordinateur de bureau est de 540 dollars américains et celui d’un ordinateur portable de 690 dollars américains3. En conséquence de cette spectaculaire chute de prix, de la formidable extension du périmètre d’utilisation et de l’omniprésence de la technologie dans la vie quotidienne, l’ordinateur n’est plus l’apanage des élites, mais est désormais une des technologies les plus répandues dans le monde. En 2015, environ 114 millions d’ordinateurs de bureau ont été vendus dans le monde, 163 millions d’ordinateurs portables, 208 millions de tablettes et 1,4 milliard, nombre incroyable, de smartphones.2

L’avènement de la robotique

La robotique suit le même schéma de compression des coûts et de gains de performance, portée par la loi de Moore, par la disponibilité des logiciels open source et par la standardisation progressive des éléments et des composants.

Le Boston Consulting Group, qui estime que le coût moyen d’un robot de soudage par points a baissé de 182 000 dollars américains en 2005 à 132 000 dollars américains en 20134, prédit une poursuite de cette chute et s’attend à ce que, d’ici à 2025, le prix soit vraisemblablement plus proche de 103 000 dollars américains. Comme le montre le graphique ci-dessous, il estime que le coût de la machine et du logiciel, c’est-à-dire du «robot, logiciel inclus», a chuté d’environ 40% alors que le coût de la programmation, de l’installation et de l’intégration, c’est-à-dire de l’«ingénierie des systèmes», a chuté encore plus, grâce à l’amélioration de l’«intelligence» des systèmes.

Graphique 1. Chute du coût des robots industriels avancés, malgré une amélioration continue de la performance

Source: perspectives du BCG, The Robotics Revolution, page 8, septembre 2015

Un salaire horaire de robot

Généralement plus le robot est lourd, plus le prix est élevé. Les grandes machines, conçues pour soulever et manipuler de grands objets, ou de grandes charges utiles, nécessitent plus d’énergie, des moteurs plus puissants ainsi que des engrenages et des mécanismes plus solides pour supporter les contraintes. Plus précisément, le facteur déterminant du prix d’un robot est l’application à laquelle il est destiné. En effet, cette dernière détermine la taille du robot, le poids de la charge utile, le niveau de l’équipement de sécurité, la complexité de la tâche ainsi que la vitesse et la qualité des actions à effectuer.

Un robot industriel neuf, complet, avec contrôleurs et pupitres d’apprentissage, coûte généralement entre 50 000 et 80 000 dollars américains5. Le robot de soudage par points mentionné ci-avant est plus onéreux, mais les soudures par points et à l’arc sont deux des applications les plus coûteuses en robotique industrielle. Une fois ajoutés la cellule de travail et les périphériques ainsi que les «effecteurs» spécifiques à l’utilisation en usine, tout comme le coût d’intégration dans la chaîne de production, les coûts totaux peuvent s’élever entre 100 000 et 150 000 dollars américains4.

La Robotics Industries Association (RIA) estime qu’en moyenne un robot industriel a une durée de vie de 10 à 15 ans. Ainsi, un robot d’usine qui coûte 150 000 dollars américains et qui est utilisé pendant 2 périodes de 8 heures par jour, 5 jours par semaine, 50 semaines par an, et ce, pendant 10 ans, aurait donc une vie opérationnelle utile de 40 000 heures. Ron Potter, directeur Robotics Technology chez Factory Automation Systems à Atlanta, estime que les robots industriels de taille moyenne soulevant des charges utiles de 100 kg peuvent utiliser 0,75 dollars américains en termes d’électricité par heure (en s’appuyant sur une hypothèse de 7,35 kW à 10 cents par kWh)6. En ajoutant le coût de l’énergie au coût d’investissement du robot, le coût horaire relatif au robot est de 4,50 dollars américains en supposant une valeur résiduelle nulle.

Les grands constructeurs automobiles font généralement fonctionner leurs chaînes de production de façon bien plus rentable. Selon un scénario plus radical: 24 heures par jour, 7 jours par semaine, 48 semaines par an pendant 15 ans seraient équivalents à 120 960 heures d’utilisation, une facture énergétique de 90 720 dollars américains et un coût total effectif horaire de seulement 1,99 dollars américains. Pour mettre ce chiffre en perspective, le salaire horaire moyen d’un ouvrier en usine est de 2,70 dollars américains, avant inclusion des avantages sociaux7.

La question n’est pas ce que vous faites, mais la façon dont vous le faites

Grâce à une vitesse et à une fiabilité plus grandes, ainsi qu’à une reprogrammation simplifiée, la productivité de la robotique et de l’automatisation industrielles a augmenté d’environ 5% par an3. En tenant compte du prix moindre, un investissement aujourd’hui dans un robot à 100 000 dollars américains serait approximativement équivalent à deux fois la productivité d’un robot acheté au même prix il y a dix ans. RobotWorx, un grand acteur du reconditionnement et de la revente de robots industriels implanté dans l’Ohio, suggère que les gains de productivité sont souvent plus importants dans l’équation économique que les économies de coût horaire. Ses spécialistes pensent qu’un seul robot produit le même «taux de pièces» que quatre travailleurs et que les déchets, ou «taux de rebut», sont généralement inférieur4.

Les capteurs, les semi-conducteurs ainsi que les logiciels et les algorithmes open source étant toujours plus avancés, les améliorations, tant en termes de prix que de performances, devraient se poursuivre dans un avenir proche. McKinsey estime que, par conséquent, la robotique et l’automatisation pourraient relever la croissance de la productivité dans le monde de 0,8% à 1,4% par an8.

Pressions du monde réel

Alors que la robotique et l’automatisation deviennent plus abordables et plus capables d’égaler ou de surpasser les travailleurs humains dans toute une gamme d’activités, les coûts du travail et la réglementation relative à la qualité et à la sécurité augmentent. Au cours de quatre dernières années, les salaires des travailleurs peu qualifiés ont augmenté en termes réels tant sur les marchés développés que sur les marchés émergents.

L’ascension de la Chine au titre de premier fabricant au monde en 2010 (titre qui était détenu depuis 1895 par les Etats-Unis) donne une bonne illustration de l’inflation salariale parmi les ouvriers peu qualifiés en usine.

La majeure partie de l’économie a enregistré des hausses salariales de plus de 10% au cours de la dernière décennie. Le salaire minimal dans de nombreuses villes a été doublé en moins de cinq ans.

Gordon Orr of McKinsey Asia9

La hausse du coût du travail n’est pas la seule source d’inquiétude. A mesure que l’économie croît, la fatigue des chaînes de production ainsi que les attentes des travailleurs et leurs aspirations commencent à créer une pénurie d’ouvriers disposés à travailler en usine. Terry Gou, le fondateur du premier fabricant d’électronique au monde, Foxconn, déclarait lors d’une interview au Financial Times: «La jeune génération ne veut pas travailler en usine. Ils veulent travailler dans les services ou sur Internet, ou exercer tout autre travail plus facile et plus relax.»10

Certaines entreprises ont déjà commencé à transférer leur production vers des marchés à moindres coûts, comme le Vietnam, l’Inde et le Mexique. Toutefois, le secteur manufacturier représentant un tiers du PIB chinois et 15% de sa population active, le gouvernement chinois souhaite ardemment maintenir la production en Chine et subventionne l’industrie robotique nationale pour encourager les entreprises à investir dans l’automatisation, et ce, afin de rester compétitives et de pousser la chaîne de valeur vers la fabrication d’électronique de précision, qui requiert une robotique sophistiquée pour produire.

Foxconn dispose déjà d’usines de production au Vietnam, au Brésil et au Mexique, mais, dans ses usines chinoises, elle suit la directive gouvernementale et est engagée dans un plan en trois étapes. En mars 2016, la société a annoncé la première phase de l’étape 1 de ce plan: le remplacement de 60 000 ouvriers par 40 000 robots construits par Foxconn, les fameux «Foxbots», pour effectuer des tâches dangereuses ou répétitives. A l’étape 2, les chaînes de production seront totalement automatisées et, à l’étape 3, les usines seront totalement automatisées.

Malgré ces efforts concernant le renforcement de l’automatisation, la Chine, avec seulement 36 robots en activité pour une de moyenne 10 000 ouvriers dans le secteur manufacturier, reste largement en retrait du Japon, de la Corée du Sud, de l’Allemagne et des Etats-Unis. Pour comparaison, la moyenne mondiale est de 66 robots pour 10 000 ouvriers, les pays les plus robotisés étant la Corée du Sud et le Japon, essentiellement en raison du fort niveau d’automatisation des industries automobiles et de semi-conducteurs, avec respectivement 478 et 315 robots pour 10 000 travailleurs11.

Petits, flexibles et très plaisants

Alors que la puissance de calcul des semi-conducteurs croît et que les composants matériels se standardisent de plus en plus, il devient plus facile de concevoir et de construire des robots de petite ou de moyenne taille presque entièrement avec des composants provenant de tierces parties. Au cours des dernières années, un grand nombre de sociétés ont commencé à produire des robots collaboratifs, encore appelés «cobots», tels que le «Foxbot» de Foxconn, conçus pour fonctionner en toute sécurité aux côtés de travailleurs, généralement dans des unités de petite production ou dans des espaces confinés.

Des sociétés comme Rethink Robotics, Precise Automation, F&P Robotics et Universal Robots proposent toutes des robots sur le marché pour seulement 10 000 à 30 000 dollars américains. Afin qu’ils puissent fonctionner en toute sécurité aux côtés de travailleurs, ces robots sont généralement «à limitation de force ou à limitation de puissance». Ils s’arrêtent ainsi immédiatement s’ils sentent une résistance au contact de quelque chose, que ce soit une personne ou un autre robot. Toutefois, cette résistance à la force limite leur capacité de charge utile et réduit leur vitesse de travail. Par ailleurs, afin de maintenir les coûts sous contrôle, ils sont conçus pour une espérance de vie inférieure de moitié à celle existante dans la robotique industrielle traditionnelle. Pour toutes ces raisons, ils ne concurrencent pas directement leurs frères plus onéreux et plus productifs de Fanuc, d’ABB, de Yaskawa et de KUKA. Toutefois, ces jeunes cobots apportent quelques innovations intéressantes au secteur, comme la programmation par l’exemple. Ils repoussent les limites du marché de la robotique bien au-delà des usines de production à grande échelle, vers des producteurs à petite échelle, voire des producteurs sans chaîne de production automatisée, et potentiellement vers des applications pour le consommateur et vers des applications commerciales hors de l’usine. Le robot «P-Rob» de F&P Robotics par exemple est un expert en ce qui concerne la préparation d’aliments pour la restauration, l’utilisation d’une machine à café Nespresso et le service de tasses de café.

Bouleversements du monde du travail

Quelle est la signification pour l’emploi, pour les postes de travail et pour l’avenir du «travail» lui-même de la présence toujours plus grande sur le lieu de travail de l’automatisation? McKinsey relève dans son dernier article que la crainte de la destruction des postes de travail et du remplacement des travailleurs par la technologie date de plusieurs siècles, au-delà de la révolte des «luddites» au Royaume-Uni pendant la révolution industrielle. La leçon de l’histoire est limpide. Bien que les technologies aient toujours créé des périodes de bouleversements sur le marché du travail, en raison de la plus grande efficacité des processus de production due aux outils et aux équipements, et aient inévitablement détruit des emplois à court terme, les nouvelles technologies ont, sur le long terme, forcé les gens à s’adapter et à apprendre de nouvelles compétences plus pointues. La technologie a également créé de nouvelles formes de travail et de nouveaux types d’emploi dans la conception, dans la construction, dans la maintenance et dans le service relatifs aux robots eux-mêmes, ainsi que dans l’écosystème numérique dont ils font partie.

Aux Etats-Unis, la part de l’emploi agricole a dégringolé de 40% en 1900 à 2% en 2000. De même, la part de l’industrie est passée de 25% en 1950 à moins de 10% en 2010.12

Pour finir, la robotique et l’automatisation peuvent certes menacer les emplois industriels peu qualifiés, mais, en raison des avancées de l’intelligence artificielle et de l’apprentissage des machines, le travail cognitif et le monde des services professionnels pourraient également être affectés. McKinsey estime que, bien que moins de 5% de tous les emplois dans le monde soient totalement automatisables, pour plus de 60% d’entre eux, l’automatisation pourrait en théorie toucher environ 30% de leur substance.13

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