Quelles limites à l’automatisation des entrepôts ?

La place actuelle des robots dans les entrepôts aujourd’hui

Les hommes toujours indispensables

De nos jours, la plupart des biens de consommation courante sont produits en Asie. On les charge ensuite dans des containers qui vont prendre la mer. Il faut savoir que toute la logistique portuaire est déjà largement automatisée dans les ports modernes.

Un entrepôt – Wikipedia

Une fois arrivé au port de destination, le container est placé sur un semi-remorque qui l’amène dans un centre de distribution.

 

Le problème qui se pose c’est que les systèmes robotisés sont très efficaces pour répéter un tâche donnée dans un environnement constant. Or un container c’est toujours la même taille. Mais pas ce qu’on met dedans.

On peut avoir des machines à laver ou des bouquets de fleur, des boites de chewing gums ou des ballons de basket. Et ce genre d’irrégularité (forme, poids, surface, adhérence, fragilité, caractère dur ou mou…) les machines ont beaucoup de mal à l’appréhender.

C’est pourquoi la logistique est une activité extrêmement demandeuse en main d’oeuvre. Que ce soit pour défaire les cartons d’une palette, ou récupérer tel pantalon sur un rayonnage les hommes sont imbattables.

Evidemment on a mécanisé l’activité avec des trans-palettes, des montes charges. Tout ce qui rentre ou sort d’un entrepôt est scanné et gérer par des logiciels dédiés. Mais pour la majorité de la manipulation, on recours à des hommes et des femmes.

Pour autant, on a déjà réalisé des gains de productivité spectaculaires. Ce reportage dans un centre de tri d’UPS du Kentucky nous indique qu’il peut traiter désormais jusqu’à 7’000 colis par minute contre 2’000 par nuit en 1982 !

E-commerce et Amazon : une collaboration humain-machine

Comme le rappel ce rapport de DHL, le e-commerce requiert plus de logistique manuelle que le commerce classique. C’est très simple à comprendre : le client fait une partie du travail lui-même en mettant les articles dans son caddie, puis dans des sacs et enfin en les rapportant chez lui.

Les robots Kiva (en orange) déplaces les « étagères » d’un entrepôt Amazon – Kiva Systems via Youtube

Le leader incontesté du commerce en ligne, Amazon, l’a bien compris et cherche sans relâche à optimiser le fonctionnement de ses entrepôts. Comme ils sont immenses, ils sont parfaitement adaptés au déploiement de solution robotisées qui demande de lourd investissements (qui sont alors plus facile à rentabiliser de part les économies d’échelle). Tout les entrepôts Amazon sont organisés de manière à épouser ce mode de fonctionnement : les rayonnages ne sont pas fixes mais mobiles sous la formes de milliers « d’étagères ».

En 2012, Amazon met 775 millions de dollar sur la table pour racheter l’américain Kiva qui commercialise des plate-formes mobiles robotisées. Ces petits robots oranges se glissent sous les étagères standards utilisées dans les entrepôts et peuvent les déplacer.

Puisque les humains sont meilleurs que les robots pour saisir les articles, Amazon les a spécialisé dans cette tâche et a confié aux robots le soin d’amener les articles vers les opérateurs.

Je vous invite à regarder ce reportage du Seattle Times pour comprendre de quoi il en retourne. Désormais les employés se limitent aux tâches suivantes :

  • Ranger les articles dans les étagères à la réception
  • Saisir les articles dans les étagères pour préparer les commandes
  • Placer les commandes dans les cartons
  • Ranger les cartons dans un camion.

Bref toutes les tâches qui demandent une bonne coordination de ses mouvements dans l’espace relèvent des hommes. Pour le reste, les machines prennent le relais :

  • Organiser l’entrepôt (ou placer quelle étagère et donc quel article)
  • Récupérer les articles (ils sont ‘livrés par le robot à l’opérateur)
  • Emballer et étiqueter les colis

Il y a donc une vrai rationalisation du travail qui n’est pas sans rappeler le Fordisme. L’opérateur devient ultra-spécialisé et réalise la même tâche mécaniquement ce qui est très rébarbatif.

Néanmoins c’est très efficace. Dans le rapport de DHL déjà cité, on apprend que cette technologie dite good-to-picker permet de compresser jusqu’à 50% la main d’oeuvre nécessaire pour un même niveau d’activité en supprimant le temps passé à marcher dans l’entrepôt.

Aujourd’hui Amazon a déployé 30’000 de ses robots ex-Kiva ce qui permet à l’entreprise de réduire ses coûts opérationnels de 20% selon un responsable.

Les robots pour la logistique : un marché en pleine expansion

Locus Robotics

Quand Amazon rachète Kiva, cette dernière commercialise ses robots pour différents clients et n’a pas vraiment de concurrence. Visiblement très satisfait de son acquisition, le géant de Seattle décide rapidement de ne plus reconduire aucun contrat et de garder l’usage exclusif des robots Kiva.

C’est probablement une des raisons qui explique l’avance considérable qu’a pris Amazon dans l’automatisation de ses entrepôts. Comme le note Bloomberg, aucune autre entreprise de distribution majeure (WalMart, CostCo, Target, Carrefour …) n’a déployé de technologie similaire avec autant d’ampleur.

La nature ayant cependant horreur du vide, de nombreux concurrents ont émergé depuis et proposent des plates-formes mobiles assez proches : on peut citer les américain Locus Robotics, Adept ou encore l’indien Grey Orange.

Les robots apprennent à manipuler les objets

Aussi la solution la plus productive aujourd’hui c’est un compromis : aux machines la manutention, aux hommes la manipulation.

Mais cette répartition du travail pourrait bien voler en éclat dans les années à venir à mesure que les systèmes robotisés améliorent leurs capacités.

Le Amazon Picking Challenge

Amazon n’entend pas se satisfaire des compromis actuels. Dans une optique d’optimisation perpétuelle, Jeff Bezos veut de nouveaux robots capables de de prendre en charge plus rapidement les tâches encore dévolues aux employés.

En 2015 et 2016, une compétition ouverte aux équipes de recherche du monde entier a décerné respectivement 20’000$ puis 50’000$ à celle capable de concevoir et programmer le meilleur robot autonome pour saisir en moins de 20 minutes 12 objets parmi 25 (39 en 2016) placés dans une étagère typique des entrepôts du groupe.

Robot vainqueur du Amazon Picking Challenge de 2016 – Amazon Robotics

Le journal en ligne Engadget a couvert la compétition 2016. Le robot gagnant néerlandais peut saisir environ 100 objets/heure avec un taux d’erreur de 16,7% quand l’employé lambda en prélève 400 dans l’heure avec un taux d’erreur minimal.

Autrement dit, on est encore loin du compte (comme on peut le voir sur cette vidéo, c’est lent !) mais ce qui est important c’est les progrès réalisés. En 2015, le gagnant réalisait une tâche moins complexe en près de 18 minutes, en 2016 c’est 15 minutes.

Des opérateurs mobiles robotisés

Toute un communauté de start-up travaille à remplacer le fameux opérateur chargé d’approvisionner les étagères et de saisir les articles de la commande chez Amazon.

Plusieurs d’entre elles ont choisi de se limiter à une version simplifiée du problème. Comme l’explique le CEO de IAM Robotics Tom Galluzo, la technologie actuelle n’est pas en mesure d’apporter une réponse globale. Il faut donc se spécialiser. Il a par exemple fait le choix des produits de consommations courantes vendus en bouteille ou en boite.

La démonstration de son système est assez convaincante. Dans ce contexte et selon lui, un employé peut manipuler 600 objets par heure quand son robot atteint les 1’100. Le robot se déplace seul dans l’entrepôt et saisit en autonomie tout ce dont il a besoin pour le placer dans une corbeille.

Opérateurs mobile IAM Robotics en démonstration – IAM Robotics

L’allemand Magazino (qu’emploie par exemple DHL) s’est lui concentré sur les objets rectangulaires de taille standards comme un livre ou une boite de dimension équivalente.

Robot Magazino Toru Cube capable de saisir certains objets rectangulaires – Magazino

L’américain Fetch Robotics est lui aussi sur le coup. Ils proposent un système similaire à Kiva (Freight) qui peut être adjoint à un autre robot dit Fetch qui ressemble à un Freight sur lequel on aurait monté un bras articulé et une pince. Ces robots peuvent, selon l’entreprise travailler 16 heures par jour (et se recharger le reste du temps) toute l’année et pendant 4 ans avant la première maintenance.

Les robots Fetch et Freight – Fetch Robotics

Le prix de vente serait autour de 100,000$ pour Fetch et un tiers pour Freight. Ce niveau est critique car selon une analyse de Roland Berger, à partir de 100-110’000 € par unité, un robot est amorti en 3 ans sous réserve de délivrer des gains de productivité de 20% (soit le niveau du Kiva).

Comment les robots sont en train d’acquérir toutes les compétences d’un travailleur lambda ?

On l’a dit, Amazon a attiré toute les lumières à lui sur cette question de la robotisation des entrepôts. Mais Amazon tout aussi tentaculaire qu’il est ne représente qu’une part infime des opérations de logistique globales. Chaque grand magasin gère son propre entrepôt et une large part de la logistique est sous-traitée à des groupes spécialisés.

On pourrait avoir l’impression en lisant les précédents paragraphes que tout tourne autour d’Amazon et de son mode de fonctionnement avec ses étagères mobiles et ses petits robots oranges. Cet exemple a eu beaucoup de publicité car il est clairement en avance sur ses concurrents.

Quid du Carrefour du coin et de ses fruits et légume ? Du Castorama qui vend des vis, des tuyaux et des sièges de toilette ? Un supermarché (hors drive) ne prépare pas de paniers individuels mais fonctionne en gros pour réapprovisionner ses rayons.

En vérité, les ingénieurs profitent d’avancées technologiques plus générales qui sont en mesure de se diffuser de manière globale.

Comme nous l’indique ces 2 analyses approfondies des Amazon Picking Challenge (voir ici et ici) le gros des améliorations est à mettre au profit des progrès réalisés dans la vision par ordinateur, autrement dit la capacité pour un système informatique de percevoir son environnement. Grâce aux progrès du Deep Learning, les ordinateurs parviennent de mieux en mieux à distinguer les différents objets et à les qualifier.

Plus généralement la capacité des robots à manipuler des objets aléatoires dans un environnement non structuré est passée de quasi-nul à passable. Et ça ouvre de nombreuses portes.

Décharger une palette à la sortie du camion ? Pas de problème

C’est un des travail de base d’un manutentionnaire. Et on est sur le point de le résoudre.

Kinema Systems a développé un robot capable de défaire n’importe quelle palette de cartons pour la placer sur un convoyeur. Aucune programmation particulière n’est nécessaire, le système analyse les images que captent ses caméras et détermine la meilleur façon de procéder.

Grâce à un système de succion, le bras robotisés saisit par le haut tous les cartons un par un.

Système capable de décharger n’importe quelle palette de cartons – Kinema Robotics via Youtube

Réaliser des inventaires ? Il y a un robot pour ça

Autre tâche récurrente pour gérer un stock : l’inventaire. Dans un supermarché après la fermeture, vous verrez régulièrement une nuée d’intérimaires qui comptent tous les articles en rayons.

Simple Robotics a présenté Tally, un robot qui arpente les rayons et détermine en temps réel ce qu’il faut réapprovisionner.

Le français FM Logistics emploie désormais des drones pour réaliser les inventaires des palettes stockées en hauteur, ce qui évite d’employer une nacelle (avec un pilote au sol et un opérateur en l’air).

Pourquoi ne pas supprimer les pilotes des véhicules de manutentions ?

Comme j’ai eu l’occasion de l’expliquer dans différents articles, les véhicules autonomes ont déjà commencé à se déployer dans des environnements fermés comme les mines ou les champs.

Or un entrepôt est un bel exemple d’environnement fermé : une lumière constante, pas d’intempérie. Certes il y a beaucoup de personnes qui circulent à pied ou dans des véhicules mais ont sait déjà gérer ce genre de situation.

A partir du moment où on est capable de concevoir des systèmes qui sur la base de caméra peuvent analyser correctement l’environnement alentour on voit mal ce qui empêcherait de robotiser les véhicules comme les trans-palettes ou les monte-charges. Les entrepôts ont déjà largement informatisé leur gestion des stocks aussi le logiciel central peut indiquer à tout moment où se trouve telle marchandise. Dès lors il suffit d’envoyer un véhicule qui se positionnera à l’emplacement indiqué, identifiera les points d’entrées pour saisir la palette et ensuite la transporter.

Quelques vidéos pour conclure

J’ai réuni dans une playlist Youtube différentes vidéos sur le sujet, principalement des démonstrations des différents robots évoqués dans cet article. Bon visionnage.

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