Pourquoi automatiser et quand cela en vaut-il la peine pour vous ?
Lors des essais de matériaux, les résultats doivent permettre de tirer des conclusions fiables sur le matériau et non sur les influences de l’opérateur, les séquences manuelles ou les différentes méthodes de travail en laboratoire. Les essais automatisés de matériaux permettent la standardisation des étapes d’essai récurrentes, la réduction des influences de l’opérateur et la reproductibilité des processus d’essai.
Pour les laboratoires d’essai et l’assurance qualité, cela signifie moins de dispersion, une meilleure comparabilité et plus de temps consacré par le personnel qualifié à l’évaluation, l’analyse et l’amélioration des processus.
Pourquoi les laboratoires d’essai atteignent leurs limites
Les essais de matériaux constituent la base des décisions en matière de qualité, des validations de matériaux et du développement de produits. Les autorisations de production, les délais de livraison et les décisions techniques dans le développement de produits dépendent de ces résultats.
Dans le même temps, les exigences imposées aux laboratoires d’essais augmentent considérablement : davantage d’essais pour des délais plus courts, des exigences plus élevées en matière de documentation et de traçabilité, une pénurie de main-d’œuvre qualifiée et une pression croissante sur les coûts.
Cette situation devient particulièrement critique lorsque les essais de routine mobilisent une grande partie du personnel qualifié. Les opérateurs expérimentés sont certes capables de maîtriser de nombreux facteurs, mais ils ne sont alors disponibles que de manière limitée pour des tâches plus exigeantes, telles que l’analyse des données, l’évaluation des matériaux ou le perfectionnement des méthodes.
Il ne s’agit donc pas seulement de savoir comment tester davantage d’éprouvettes.
La question centrale, c’est comment obtenir des résultats d’essai qui soient reproductibles, comparables et fiables sur le plan du processus ?Wie lassen sich Prüfergebnisse so erzeugen, dass sie reproduzierbar, vergleichbar und prozesssicher sind?
Le facteur humain dans les essais de matériaux
Lors d’un essai de matériaux, plusieurs facteurs influencent le résultat. Outre le matériau lui-même, la machine d’essai, la préparation des éprouvettes et l’opérateur jouent également un rôle. L’objectif d’une stratégie d’essai rigoureuse est de réduire au maximum toutes les influences non liées au matériau.
Dans les séquences d’essai manuelles, des dispersions peuvent notamment apparaître en raison des facteurs suivants :
- Alignement variable de l’éprouvette
Si une éprouvette n’est pas toujours placée de la même manière dans les mâchoires ou les mors, cela peut influencer le résultat de l’essai. Une manipulation reproductible est décisive lors des essais de routine pour la production en série. - Mesure imprécise de la section transversale
Dans de nombreux essais, les dimensions des éprouvettes sont directement prises en compte dans le calcul des caractéristiques. Des mesures imprécises ou effectuées de manière non uniforme peuvent donc conduire à des résultats divergents. - Influence de la chaleur ou de l’humidité des mains
La chaleur et l’humidité des mains peuvent influencer le comportement à la rupture d’un matériau. Selon le matériau, des caractéristiques telles que la limite d’élasticité ou la résistance à la traction s’en trouvent altérées. - Différences de procédures entre les opérateurs ou les sites
Lorsque les essais sont réalisés dans différents laboratoires, par différentes équipes ou sur différents sites, des méthodes de travail hétérogènes peuvent générer des dispersions supplémentaires. Cela complique l’évaluation des résultats par le département d’assurance qualité et peut rendre nécessaires des essais de contrôle.
La conséquence n’est pas seulement d’ordre technique. Des résultats variables ou difficilement comparables entraînent, dans le quotidien du laboratoire, une charge de travail supplémentaire, des processus de validation plus longs et des bases décisionnelles peu fiables.
Comment les systèmes d’essai automatisés réduisent les dispersions
Les systèmes d’essai automatisés standardisent les étapes récurrentes du processus : alimentation en éprouvettes, identification, mesure, contrôle, évaluation et documentation. Les séries d’essais se déroulent ainsi dans des conditions constantes.
En fonction de la tâche d’essai, des systèmes supplémentaires peuvent être intégrés, par exemple des scanners d’identification, des mesureurs de section, des duromètres, des rugosimètres, des systèmes de régulation de la température ou des connexions à des bases de données.
Cela fournit ainsi une base décisionnelle plus solide pour l’assurance qualité. Les résultats peuvent être évalués avec plus de fiabilité, les processus de validation deviennent plus prévisibles et le personnel de laboratoire qualifié peut se concentrer davantage sur l’analyse, l’évaluation et l’optimisation des processus.
L’automatisation est rentable. De manière mesurable et à long terme.
La décision d’opter pour un système d’essai automatisé est souvent envisagée sous l’angle du coût d’investissement. Ce qui est toutefois déterminant, c’est la rentabilité sur l’ensemble du cycle de vie. Grâce à un taux d’utilisation plus élevé, à une meilleure reproductibilité des résultats d’essai, à des validations de produits plus rapides et à une plus grande fiabilité des processus, les coûts peuvent être réduits durablement. Les indicateurs suivants montrent où ces effets se font concrètement sentir dans le quotidien du laboratoire.
Une capacité de laboratoire accrue sans personnel supplémentaire
Des avantages économiques grâce aux données d’essai plus précises
Des produits livrés plus rapidement aux clients
L’automatisation est rentable. L’impact économique.
Chaque avantage contribue à la rentabilité du laboratoire d’essais. Au final, il en résulte une valeur ajoutée mesurable : les ressources existantes sont mieux exploitées, les décisions s’appuient sur des données d’essais plus fiables, les produits parviennent plus rapidement sur le marché et les processus fonctionnent de manière plus stable. Un investissement dans l’automatisation se transforme ainsi en une contribution à long terme à la productivité, à la qualité et à la compétitivité.
Flexibilité malgré l’automatisation
Une réserve fréquemment émise à l’égard des essais automatisés de matériaux est la crainte que les systèmes automatisés ne soient trop rigides pour s’adapter à des exigences d’essai changeantes. Or, c’est précisément ce que doivent fournir les systèmes modernes : une adaptabilité aux nouveaux matériaux, aux normes en constante évolution et aux applications supplémentaires.
Les systèmes d’essai automatisés comme ALEX, roboTest N et roboTest L permettent d’adapter les séquences d’essai à de nouvelles formes d’éprouvettes, à des séquences modifiées ou à des tâches d’essai supplémentaires. Le SmartWizard, un assistant du logiciel d’automatisation autoEdition3, aide les opérateurs à effectuer eux-mêmes ces adaptations.
Dans le même temps, les essais manuels restent possibles à tout moment. Cela permet de traiter les essais spéciaux, les éprouvettes individuelles ou les nouvelles méthodes indépendamment du processus automatisé.
Comment mettre en place une stratégie d’essai automatisée en laboratoire
Une stratégie d’essai automatisée ne commence pas par le choix d’un robot, mais par l’analyse de la tâche d’essai. La première étape consiste à examiner le déroulement de l’essai existant, de l’identification des éprouvettes à l’essai proprement dit avec évaluation et documentation, en passant par la mesure des éprouvettes et leur alimentation.
C’est sur cette base que le niveau d’automatisation approprié est défini. Pour les petites séries à partir de 10 éprouvettes, la solution d’essai compacte ALEX peut suffire. En cas de volumes d’essais élevés, de plusieurs étapes d’essai ou de tâches de mesure supplémentaires, le système d’essai entièrement automatisé roboTest R peut s’avérer judicieux.
Le logiciel d’automatisation autoEdition3 joue un rôle central. Il commande, régule et contrôle la manipulation des éprouvettes, les séquences automatiques de mesure et d’essai, ainsi que l’enregistrement des résultats d’essai. Comme sur toutes les machines d’essai de matériaux de ZwickRoell, l’essai lui-même est géré par le logiciel d’essai testXpert.
Ainsi, les tâches d’automatisation et la gestion des essais restent clairement séparées : autoEdition3 prend en charge la manipulation et le déroulement du processus, tandis que testXpert gère l’essai lui-même.
Les avantages en un coup d’œil :
- Meilleure reproductibilité des résultats d’essai
- Influence moindre de l’opérateur
- Meilleure traçabilité
- Moins de tâches routinières monotones
- Bases décisionnelles plus fiables
- Validations de matériaux plus rapides
- Le point le plus important reste inchangé : lorsque les influences liées à l’opérateur et à la machine sont maintenues aussi constantes que possible, l’objet réel de l’essai, à savoir le matériau lui-même, occupe davantage le devant de la scène.
Quand l’essai de matériaux automatisé est-il rentable ?
La rentabilité de l’automatisation ne doit pas être évaluée sur la base de la taille du laboratoire. C’est le processus d’essai concret qui est déterminant : Combien d’éprouvettes sont générées régulièrement ? Quelles étapes d’essai sont effectuées de manière répétée ? Quels processus annexes, tels que l’identification des éprouvettes, la mesure de la section transversale ou la documentation, doivent être intégrés ?
D’après l’expérience de ZwickRoell, environ 90 % des automatisations sont amorties dans les deux premières années. Le calculateur d’amortissement permet de se faire une première idée de la rentabilité d’une automatisation complète pour une application d’essai spécifique.
Une analyse approfondie de l’amortissement reste néanmoins importante. En effet, la rentabilité dépend notamment du nombre quotidien d’éprouvettes, de la durée d’essai par éprouvette, du degré d’automatisation, des coûts de personnel, des horaires de travail, des modèles de rotation des équipes, des machines d’essai existantes et des éventuelles transformations et mises à niveau.
Pour une évaluation fiable, ZwickRoell propose un calcul d’amortissement personnalisé basé sur les besoins concrets en matière d’essais.
Prêt pour l’avenir : acheter des machines d’essai aujourd’hui pour les automatiser demain
Il est difficile de prévoir avec certitude aujourd’hui les produits qui seront demandés demain sur le marché et les exigences d’essai correspondantes. De nouveaux matériaux, des normes modifiées ou des applications supplémentaires peuvent amener les laboratoires d’essai à devoir adapter ou étendre leurs processus d’essai.
L’un des avantages des systèmes d’essai modulaires de ZwickRoell réside dans le fait qu’ils peuvent être préparés pour répondre aux exigences futures. Même les machines d’essai à commande manuelle peuvent, si nécessaire, être équipées ultérieurement d’un système d’automatisation. Lorsqu’une machine ZwickRoell existante est automatisée ultérieurement, jusqu’à 80 % des composants existants peuvent être réutilisés.
Cela garantit la sécurité de l’investissement : l’équipement existant reste utilisable et le degré d’automatisation peut être adapté aux nouveaux volumes d’essais, aux exigences des processus ou aux applications. L’acquisition de la machine d’essai ne concerne ainsi pas seulement les tâches d’essai actuelles ; elle est également prête dès le premier jour pour de futures extensions.
Conclusion : l’automatisation aide à recentrer l’attention sur le matériau
L’automatisation des essais de matériaux est bien plus qu’un simple moyen de réduire les étapes manuelles. Elle aide les laboratoires d’essais à minimiser les influences de l’opérateur, à améliorer la reproductibilité des processus d’essai et à utiliser plus efficacement les ressources existantes.
Parallèlement, le développement de solutions d’automatisation modernes montre que l’automatisation n’est aujourd’hui plus réservée exclusivement aux grands laboratoires d’essais. Du système d’entrée de gamme pour les essais de routine standardisés au système d’essai entièrement intégré, différents niveaux sont disponibles.
Au final, c’est l’objectif même de tout essai de matériau qui est au centre des préoccupations : des caractéristiques fiables pour lesquelles un seul facteur compte vraiment, à savoir le matériau lui-même.
