Plus de réel dans le virtuel

Les outils de simulation intègrent désormais le comportement véritable des automates programmables pour valider le fonctionnement des lignes de production. Un pas de plus dans le réalisme de l'usine virtuelle.

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A savoir

> PLM
Product Lifecycle Management ou création et gestion collaborative des données de définitions nécessaires au suivi du cycle de vie des produits.
> CAO
Conception assistée par ordinateur.
> GDT
Gestion des données techniques.

Peut-on simuler non seulement une usine, mais son fonctionnement. Et mieux encore le comportement véritable des automates chargés de piloter des machines ou des robots ? C'est tout le pari actuel des tenants de l'usine numérique. Objectif : « Anticiper les problèmes et planifier au mieux les moyens de production. Ainsi, on fait non seulement bon du premier coup, mais aussi avec le bon niveau de qualité et la bonne cadence. La phase de mise en cadence (ramp-up) des lignes réelles étant alors beaucoup plus courte », détaille Yves Coze, le responsable commercial de Delmia chez Dassault Systèmes.

Un pari porté par les quelques éditeurs spécialisés comme Delmia ou UGS avec sa ligne de produits Tecnomatix. Une approche audacieuse qui, aussi, est au coeur du pôle de compétitivité francilien Systematic ou du projet européen RI-Macs (Radiccaly Innovative Mechatronics et Advanced Control Systems).

Siemens simule pour BMW

Le constructeur automobile BMW a confié à Siemens Automation et Drives la conception des postes automatisés où se fait le mariage entre caisse et éléments mécaniques de la ligne de montage de l'usine américaine de Spartanburg. Un site où sont construits les modèles X4 et X5. « Pour simuler ce module en 3D, nous avons utilisé le logiciel eM-PLC d'UGS, ce qui nous a permis de travailler avec les véritables automates programmables et d'être ainsi au plus près de la réalité », explique Wolfgang Schloegl, le responsable de l'équipe u sine numérique de Siemens A et D Group. Ils ont ainsi pu évaluer plusieurs scénarios et mettre au point ce module au niveau mécanique et automatisme, ainsi qu'en tester l'interface homme/machine, en une journée alors qu'il n'existait pas encore. Auparavant, il aurait fallu huit jours aux techniciens pour le faire en réel.




Des recherches européennes

Ce programme triennal, qui court de 2005 à 2008, associe une dizaine de partenaires dont l'éditeur Delmia, l'automaticien Schneider ou l'intégrateur Comau. Leur objectif : imaginer des systèmes virtuels collant au plus près de la réalité du fonctionnement des process manufacturiers.

Un nouveau maillon dans le concept de chaîne numérique qui s'appuie sur différents constituants. Certains, comme la maquette 3D, sont largement maîtrisés avec la généralisation des outils de CAO. D'autres sont réservés à un petit cercle comme la représentation des lignes de productions virtuelles en fonctionnement. L'idée - jugée très ambitieuse par beaucoup d'industriels - est aussi de « propager » les modifications dans la conception d'un produit vers ses outillages, en allant jusqu'à automatiser leur mise à jour, dans une sorte de continuum. Chez Dassault Aviation pour le Falcon 7X, ce type de démarche a divisé au final par deux le coût des outillages et les délais d'assemblage.

En attendant, ces technologies concernent - pour l'instant - surtout l'automobile, dans les phases de lancement d'un modèle pour mieux piloter les investissements industriels. Mais, les objectifs de l'usine virtuelle - des systèmes encore coûteux de l'ordre de 50 000 euros par poste si l'on inclut la simulation - sont susceptibles à terme de concerner tous les industriels du secteur manufacturier.
L'aéronautique commence à l'apprivoiser, l'électroménager et l'électronique grand public y mettent un pied. Objectif : gagner en efficacité et réduire les cycles de développement, de l'esquisse d'un produit à sa première mise en fabrication.

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Les briques de l'usine numérique

L'approche usine numérique permet de concevoir, visualiser, simuler, optimiser et valider l'ensemble du processus de production d'un produit. Avant même la mise en service des installations ou des machines réelles.

Ses principales briques sont :

1/ La maquette numérique du produit à réaliser
2/ La modélisation géométrique et comportementale des moyens de production (outillages, robots, machines-outils, automatismes...) et les logiciels de simulation associés
3/ La définition et la validation des process de fabrication
4/ La planification des processus, en tenant compte des coûts, délais et ressources.

Cette approche s'appuie en amont sur les outils de définition du produit (CAO, GDT, PLM...), en aval sur les outils de gestion d'entreprise (ERP, MES...).




Réconcilier mécaniciens et automaticiens

Si les logiciels et algorithmes de Delmia ou UGS-Tecnomatix permettent d'atteindre des performances inédites sur la simulation d'une ligne complète ou du fonctionnement « physique » d'un robot ou d'une machine, il reste un problème : faire coïncider réel et virtuel. Notamment entre les travaux des mécaniciens concevant les lignes de production et ceux des automaticiens chargés de leur donner vie.
L'automaticien travaille tout d'abord sur un modèle théorique où les temps séparant chaque action du process ne sont qu'estimés. Cela lui permet de définir et de créer les programmes pilotant les automates programmables. Par contre, il faut attendre que la ligne existe pour les valider ! Une mise au point qui prend souvent des semaines pour entériner la logique des programmes, mais aussi leur séquencement en prenant en compte les durées réelles des différentes actions.

C'est pourquoi les éditeurs de logiciels d'ingénierie des moyens de production proposent désormais de simuler des lignes complètes en 3D en les pilotant avec les automates qui seront installés. Cette évolution a été rendue possible par les liens noués entre éditeurs et automaticiens.

En 2004, Delmia a étendu son accord technique avec Schneider Electric en créant une filiale commerciale commune, Dextus. Une démarche similaire est en cours avec Omron, alors que des partenariats ont été conclus avec Rockwell et Siemens qui a aussi partie liée avec UGS. « Nous avons signé nos premiers accords techniques avec Siemens en 1999. Limitée au départ à une seule cellule robotisée, notre offre Process Simulate n'a cessé d'évoluer et nous permet maintenant de simuler des lignes complètes d'assemblage, notamment pour l'automobile », rappelle Eric Gautier, le directeur du marketing européen chez UGS. Du beau monde au-dessus de l'usine virtuelle du futur.




Jean-François Prevéraud

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