Modélisation et Evaluation des collaborations capacitantes Homme-Machine pour l'industrie du futur – COLLABORATION-4_0

Une analyse de la littérature et des équipements existants, ainsi que de quelques situations industrielles, a été réalisée. Deux thèses, l'une en ergonomie et l'autre en génie industriel, ont établi un état de l'art conséquent. La notion de situation capacitante a été précisée et critérisée, tandis que la thèse en ingénierie a permis de décliner ces apports en termes de capacitance d'un environnement, incluant les capacités technologiques et les méthodes d'évaluation des environnements immersifs ou augmentés. Des études de cas, comme celles menées pour la société CSF, et des visites industrielles (ARaymond, Michelin) et agricoles (exosquelette) ont permis d'analyser l'impact des technologies 4.0 sur l'activité des opérateurs. Des monographies ont modélisé les situations capacitantes autour de critères tels que ne pas être incapacitant, permettre une performance écologique supérieure, augmenter les marges de manœuvre et favoriser l'instrumentalisation ultérieure.

Une première formulation des caractéristiques d'une situation capacitante de travail industriel et du protocole d'analyse de la performance des activités industrielles collaboratives capacitantes a été rendue possible. Des expérimentations en entreprise (Michelin) et en laboratoire avec des étudiants en ingénierie ont permis de préciser les critères opérationnels dans un cahier des charges. Une expérience de reconception d'une formation au poste de travail a été réalisée en suivant les méthodes préconisées par David Baslé. Les observations et analyses de ces situations réelles de travail sont rapportées dans les monographies de Nathan Compan.

Les projets d'implantation réalisés et analysés ont conforté et précisé les acquis de la littérature en ergonomie de l'activité autour des situations favorables au développement professionnel de l'utilisateur. Les critères épars de la littérature ont été rassemblés dans le modèle, traduit en cahier des charges. Les premières mises en situation avec les étudiants ingénieurs montrent que le modèle des situations capacitantes peut influencer les projets conduits si l'accompagnement des étudiants est suffisant. De futurs travaux devront tester le modèle pour des activités de conception dans des projets industriels. Les expériences menées en laboratoire à G-SCOP ont démontré que certains critères capacitants permettent d'augmenter la capacitance d'un environnement. Enfin, le projet a fait l'objet d'un séminaire avec des industriels de la région Auvergne Rhône Alpes, à Clermont Ferrand le 17 mai 2022, pour partager et consolider les perspectives ouvertes par les résultats du projet.

Les projets d’implantation réalisés et analysés ont permis de conforter et de préciser les acquis de la littérature en ergonomie de l’activité autour des situations favorables au développement professionnel de l’utilisateur. L’analyse de situations industrielles a permis l’identification des critères ergonomiques qui forment la capacitance d’un environnement de travail. Les premières mises en situation avec les étudiants ingénieurs montrent que le modèle des situations capacitantes peut influencer les projets conduits si l’accompagnement des étudiants est suffisant. Les expériences menées en laboratoire à GSCOP ont démontré que certains critères capacitants (transparence opérative, conception continuée dans l’usage et d’instrumentalisation) permettent d’augmenter la capacitance d’un environnement. Un cadre de reconception technique d’environnement de travail plus capacitant a aussi été proposé. Il a été mis en application pour la reconception d’un environnement Homme-Machine pré-existant basé sur la réalité augmentée, pour instrumenter une formation à un poste de travail industriel et rendre cette auto-formation plus capacitante. Il a aussi été expérimenté pour spécifier un usage innovant d’un cobot, en donnant à l’opérateur les leviers pour des actions soutenables effectives.

Les résultats obtenus correspondent aux objectifs initiaux. La période Covid de 2 ans est tombée en plein milieu du projet. Si elle a impacté la méthodologie du projet et demandé des ré-orientations méthodologiques, elle n’a pas altéré les résultats obtenus. Une situation capacitante est maintenant bien caractérisée (thèse + publications). Elle est utilisable en analyse de situation industrielle. Il va s’agir maintenant de l’approfondir jusqu’à extraire des règles de conception de situation de travail industriel qui soient utilisables par les professionnels. Nous travaillons sur le montage de 2 projets complémentaires dans ce sens. Ainsi, différents projets pourront s’appuyer sur ces résultats de ce projet ANR : 1) Une thèse en collaboration entre l’INRS, G-SCOP et ACTé est en discussion pour caractériser les risques attentionnels en situation de travail avec le port d’un casque de réalité augmentée. 2) Des travaux sur la création d’interface de collaboration à distance entre environnements immersifs devraient intégrer les notions de capacitance dès leur conception (G-SCOP recherche un financement de thèse sur ce sujet). 3) Des applications immersives pour la conception d’architectures produit (dans le cadre d’un laboratoire commun accepté par l’ANR), reprendront ces critères de création d’environnements immersifs. 4) Un projet avec l’entreprise Michelin est actuellement en construction pour tester le modèle des situations capacitantes en conception avec une équipes d’ingénieurs méthodes chargés de concevoir les solutions technologiques de productions de demain. Le recrutement d’un ingénieur d’étude suivi d’une thèse cifre est prévue pour l’automne 2023. La conception de postes de travail industriel est un axe important de recherche et de développement pour son impact sur l’économie et la société. Le premier point est sa contribution à l’attractivité de l’industrie dans un contexte de demande sociétale forte de réindustrialisation du pays et de demande industrielle forte pour contrer la pénurie de main d’œuvre. Le second point est sa réponse à la demande pressante de bien-être au travail des collaborateurs par la méthode de développement d’environnements de travail plus performants et plus responsables socialement.

Compan, N.; Coutarel, F.; Brissaud, D.; Rix-Lièvre, G. Les situations de collaboration capacitante (ECS) : intérêt pour l’analyse des collaborations humain-technologie de l’industrie contemporaine. Le travail humain. 2022, 85(3), 211-240.

Baslé, D.; Noël, F.; Brissaud, D.; Rocchi V. Improving Design of Enabling Collaborative Situation Based on Augmented Reality Devices. PLM. Green and Blue Technologies to Support Smart and Sustainable Organizations. Springer. 2022, 433 446.

Compan, N.; Coutarel, F.; Brissaud, D.; Rix-Lièvre, G. Enabling Collaborative Situations in 4.0 Industry: Multiple Case Study. Lecture Notes in Networks and Systems 223. Springer. 2022, 614–620.

Coutarel, F. Future of Work in future Industry : from humans factors to increase of human actions possibilities. La intervención ergonómica para la transformación del trabajo, Universidad de ATACAMA, Oct 2021, Copiapo, Chile.

L’industrie du futur (ou 4.0) se caractérise par la transformation numérique des systèmes de production pour atteindre un nouveau stade de flexibilité. Il s’agit principalement de produire en petite série (personnalisation du 4.0) au coût de la grande série (informatisation du 3.0). Le projet Collaboration 4.0 se place délibérément dans un environnement industriel de ce type, c’est-à-dire qu’il étudie les situations de travail avec des équipements 4.0, pour leurs dimensions productivité et attractivité. Il s’inscrit dans le défi 3 « Stimuler le renouveau industriel » et en particulier dans l’axe n°1 « Usine du futur : Hommes, organisation, technologies ». Son objectif général consiste à concevoir les postes de travail collaboratifs du futur où le collaborateur et la machine sont un couple uni pour une même performance dans une organisation 4.0. Trois hypothèses scientifiques structurent le projet : 1) l’activité collaborative performante Homme-Machine nécessite la mise en œuvre d’environnements capacitants (organisationnel, technique, social), 2) les équipements numériques d’accompagnement de l’activité collaborative sont flexibles et évolutifs, 3) les organisations industrielles et de travail impactent la performance de l’activité collaborative Homme-Machine. Le projet vise à concevoir des situations de travail flexibles où l’opérateur et la machine partagent un même espace en vue de réaliser la tâche qu’ils partagent en utilisant des équipements 4.0 augmentant ainsi les capacités de l’opérateur. Ce dernier pilote l’activité en décidant ce qu’il délègue à la machine et ce qu’il lui apprend. La machine s’adapte à l’opérateur et à la tâche et lui apprend en retour. Nous envisageons de définir et de caractériser les nouvelles formes de collaboration 4.0 possibles, utiles et performantes dans une situation industrielle donnée et capacitante. La problématique centrale est celle des usages et de l’organisation industrielle à mettre en place.

Pratiquement, le projet étudiera deux situations de travail collaboratives différentes et complémentaires sur deux cas d’usage : une activité collaborative entre homme et robot d’une part, et entre homme et réalité augmentée d’autre part. Les résultats attendus du projet sont une classification des situations de travail collaboratives Homme-Machine dans un environnement capacitant, un protocole d’analyse de la performance des activités industrielles collaboratives capacitantes, un démonstrateur d’activités collaboratives capacitantes Homme-Machine, des préconisations pour la conception des environnements de travail industriels capacitants. Le projet s’inscrit dans une approche pluri-disciplinaire associant le génie industriel, l’ergonomie et la robotique. Il est structuré autour de cinq tâches qui constituent le programme scientifique et une tâche pour le management du projet. Il ambitionne de développer un démonstrateur d’une (ou plusieurs) situation collaborative. Il profitera d’un comité d’industriels dont le rôle sera de discuter les réalités industrielles au regard des propositions théoriques du projet. Le projet est d’une durée de 48 mois et il s’appuie sur deux thèses de doctorat de 36 mois et sur un poste d’ingénieur. Le projet est coordonné par le laboratoire G-SCOP pour l’organisation industrielle et la réalité augmentée en partenariat avec le LIG pour la robotique de service et les IHM et ACTé pour l’ergonomie en contexte industriel. Les 3 équipes porteuses mettent au service du projet les ressources de leur laboratoire utiles à la bonne résolution du projet. Le projet Collaboration 4.0 contribue à un enjeu sociétal essentiel qui est la promotion d’une nouvelle place de l’homme dans l’industrie du futur et qui intéressera l’ensemble des parties prenantes. Il s’assurera de la bonne dissémination des résultats au travers de publications scientifiques dans les revues des domaines, de recommandations à destination des industriels et d’actions de communication.