Des bits et des octets pour affronter la crise

05.05.2020 - 14:00

La digitalisation dans la construction de machines-outils et la métallerie

En pleine crise sanitaire du coronavirus, entre confinement et éloignement social, le mot « digitalisation », devenu synonyme de panacée universelle pour l'industrie et les entreprises, se retrouve sur toutes les lèvres. L'idée est de fournir les données de masse anonymisées des utilisateurs de smartphones aux virologues pour extraire des informations de mouvement de la population la durée et l'étendue de l'épidémie et améliorer les prévisions. Les outils numériques connus depuis longtemps pour la communication et la visualisation à distance montent en puissance de manière spectaculaire et prennent du galon dans tous les secteurs économiques face aux nécessités imposées par l'isolement et la distanciation physique. Les hommes politiques, les médecins et les managers des entreprises se réunissent en visioconférence, les écoles dispensent les cours par clips animés et les outils de télémaintenance acquièrent le statut de composants « vitaux ».

L'industrie connaît le potentiel de la digitalisation depuis longtemps. Les espoirs et les objectifs sont multiples : qu'il s'agisse du développement plus rapide de machines plus souples, d'une plus grande fiabilité du suivi, d'une (télé)maintenance sans tracas, d'une meilleure documentation, d'un degré d'automatisation plus élevé, d'effets d'apprentissage par la comparabilité au sein de la collectivité et de la capacité d'auto-apprentissage, la liste des possibilités est infinie. Au vu des enjeux du moment, nombreux sont ceux qui auraient souhaité avoir progressé davantage dans la digitalisation et le développement des réseaux nécessaires, par exemple la nouvelle norme de communication mobile 5G : « La 5G industrielle ouvre la porte à la mise en réseau sans fil complète de la production, de la maintenance et de la logistique. Le très haut débit, des transmissions ultra-stables et une latence ultra-courte permettront d'augmenter l'efficacité de manière significative et d'assouplir la création de valeur ajoutée industrielle », déclare Eckard Eberle, le PDG de la division Automatisation des processus de Siemens. Il dirige le centre de test 5G de Siemens. On n'y voit certes (encore) aucune machine-outil, mais la voie de l'usine connectée dans un cyberespace sans fil est clairement tracée. Depuis plusieurs mois, Siemens teste à Nuremberg la bande de fréquences 3,7 - 3,8 GHz avec des composants de logistique dans un environnement industriel réel en utilisant, par exemple, des contrôleurs Simatic et des dispositifs d'E/S.

Et même sans la 5G, les ingénieurs en automatisation nous présentent déjà des applications passionnantes pour la prise en charge numérique : par exemple, pour identifier les sources d'erreur des pièces forgées sans matrice au niveau de l'assurance qualité, Siemens mise sur un logiciel qui se penche sur tous les points névralgiques de la chaîne de processus et vérifie les postes entre le système de CAO et les outils utilisés.

En effet, les sources d'erreur sont nombreuses et variées : les données du système de CAO lui-même, les données du système de FAO ou du post-processeur, le paramétrage de la machine CNC et des variateurs, la mécanique de la machine, les outils, le liquide de coupe, théoriquement même le matériau de la pièce. Le programme Analyze MyWorkpiece/Toolpath vérifie les données de sortie des différents ensembles, telles que le fichier STL du système de CAO, le fichier MPF du système de FAO ou du post-processeur, l'enregistrement des positions de consigne et enfin, la manière dont le variateur, la mécanique de la machine et l'outil ont converti les données. Ainsi, l'assurance qualité des données CAO/FAO, par exemple des pièces volumineuses, peut avoir lieu avant la fabrication.

Ces systèmes d'optimisation très rapprochés de la machine-outil seront à l'honneur lors de l'AMB 2020. Les solutions dites d'edge computing devraient être un grand succès à Stuttgart. Elles offrent une puissance de calcul supplémentaire pour faciliter la production digitale et, dans de nombreux cas, utilisent des algorithmes basés sur l'intelligence artificielle pour faciliter le travail de l'opérateur de la machine. En septembre, il s'agira de trouver des solutions pratiques pour sortir de la crise, ainsi que de préparer la reprise des ventes et la réduction des coûts, notamment par l'augmentation de la productivité et l'amélioration de l'efficacité des usines et des machines, en vue du moment où les carnets de commande seront à nouveau pleins.

 

Entre opportunité et défi

Avec de nouvelles solutions telles que l'edge computing, la digitalisation offre de nombreuses possibilités dans les environnements de production hétérogènes de la filière des métaux. Mais il reste tout autant de défis à relever. Markus Horn, directeur général de Paul Horn GmbH, est convaincu qu'il faut standardiser pour que la digitalisation soit applicable à grande échelle : « Le VDMA fait avancer les choses dans le cadre de GTDE. Je m'en réjouis beaucoup, et notre entreprise contribue également en mettant à disposition les données utiles », dit-il. GTDE est l'acronyme de Graphical Tool Data Exchange Standard Open Base e.V. Il s'agit d'une association qui opère en tant que centre de compétence, partie prenante et fournisseur de services pour l'échange de données des outils. Les membres et les partenaires de l'association sont des fabricants d'outils et des utilisateurs renommés, des éditeurs de logiciels et l'association Outils de précision du VDMA. Le but est de promouvoir l'échange de données d'outils en œuvrant pour la reconnaissance de normes internationales et en offrant un soutien aux entreprises concernées. L'association s'engage pour la mise en œuvre de l'échange de données d'outils et donc la fourniture normalisée de données d'outils ; elle exploite pour cela son propre serveur que les constructeurs membres utilisent pour vérifier les données d'outils, telles que leurs caractéristiques, les graphiques 2D et 3D selon les normes DIN et ISO, et pour les mettre à disposition gratuitement.

Mais Horn précise également : « C'est au bout de l'outil qu'on gagne de l'argent. Le numérique complète, mais ne remplace pas. Pour nous, les outilleurs, cela signifie que si notre outil ne fournit pas la qualité et la précision demandées, la digitalisation ne sert à rien », dit-il. Il existerait actuellement, selon lui, beaucoup de fournisseurs sur le marché qui proposent des services numériques : éditeurs de logiciels, constructeurs de machines et fabricants d'outils. En l'absence de normes, ces services seraient généralement difficiles à mettre en œuvre pour le client et en plus, inadaptés sur le terrain. « Les produits et services numériques supplétifs ne devraient être utilisés que là où ils apportent réellement un avantage. Nous continuerons de concentrer notre attention sur l'outil lui-même, de fournir les données significatives et d'offrir des solutions numériques dans les cas où cela s'impose », déclare M. Horn. Comme l'AMB va une nouvelle fois cette année cartographier l'ensemble de la chaîne de processus de la transformation des métaux, les visiteurs verront un large éventail de technologies classiques combinées au numérique apportant des avantages supplémentaires.

 

Capteurs performants

Un objectif majeur auquel les solutions numériques peuvent contribuer est la réduction du rebut. Par exemple, le constructeur Paul Horn GmbH s'est allié au groupe Kistler pour dépister les problèmes d'usinage rencontrés avec des matériaux défectueux, l'usure des matériaux de coupe ou le bris d'outil.

Après avoir mesuré la pression, la force, le couple et l'accélération, les experts en métrologie dynamique de Kistler, en étroite collaboration avec les ingénieurs de Horn, ont développé une solution de surveillance en temps réel des outils de micro-tournage. Leur dispositif appelé Piezo Tool System (PTS) consiste en un capteur de force, inséré dans l'outil de tournage, envoyant des informations sur l'état de l'outil pendant l'usinage. Le capteur piézoélectrique, de taille extrêmement réduite, mesure les forces de coupe même les plus faibles avec une haute résolution. Le système est adapté aux opérations de tournage, en particulier dans le contexte du micro-usinage. Là, les méthodes de mesure alternatives, par exemple la surveillance de la puissance d'entraînement du moteur de la broche principale, donnent des résultats pauvres en raison des faibles écarts. Même une mesure du bruit de structure ne donne pas de résultats satisfaisants pour les petites pièces. Le contrôle visuel est également éliminé en raison des liquides de coupe utilisés et des vitesses de rotation élevées pendant l'opération. La nouvelle solution ne nécessite aucune intervention dans la commande CNC et sa mise en œuvre peut se faire indépendamment de la machine. En conséquence, le PTS réduit les coûts de production et augmente les capacités de fabrication.

 

La proximité du client

Comme tous les entrepreneurs, les constructeurs de machines sont soucieux des coûts et de l'efficacité. « Le besoin de produits numériques va de pair avec la forte focalisation de nos clients sur l'efficacité des opérations. Les solutions numériques contribuent entre autres à améliorer l'organisation de nos clients. Le raccourcissement des temps de dépannage est un sujet tout aussi important que l'amélioration de la disponibilité des machines », avance Olaf Furtmeier, le directeur général de Burkhardt und Weber. L'avantage d'une PME serait, selon lui, d'avoir des flux tendus, de faire réaliser les projets de développement par des équipes dynamiques afin de pouvoir appréhender les processus sous tous les angles possibles. « Il est toutefois indispensable de s'assurer l'aide de partenaires qualifiés. C'est le seul moyen de garantir que les produits bénéficient de notre savoir-faire complet, dans le but de créer un produit final qui offre réellement une valeur ajoutée et que nos clients iront réellement acheter », souligne M. Furtmeier.

La communication fluide entre les différents éléments de production est également le fondement de la digitalisation et de l'industrie 4.0 sur lequel s'appuie Zoller pour régler, mesurer et gérer les outils. On dispose aujourd'hui de nombreux moyens fiables et rapides de transmettre des données, en particulier pour la transmission du banc de réglage à la machine. Les données relevées sur les outils sont préparées pour le système de commande de la machine considérée et transmises directement du banc de réglage et de mesure à la commande CNC. Le logiciel traduit les valeurs mesurées en code machine spécifique. Une bibliothèque de plus de 230 formats standard utilisés par les machines les plus diverses est intégrée dans le logiciel. L'AMB 2020 est également la plateforme idéale pour discuter de ces progrès et s'entretenir sur les modifications spécifiques que Zoller peut réaliser à tout moment pour répondre aux exigences des clients.

 

Transfert de connaissances et formation

La raison qui explique que la digitalisation s'est répandue relativement tard dans les secteurs de la machine-outil et de la métallerie par rapport aux autres secteurs n'est pas seulement liée aux coûts ou aux efforts de déploiement, mais aussi aux nouvelles façons de penser et aux nouvelles approches demandées aux employés. Trumpf, qui vient exposer à l'AMB, a déjà démontré l'importance du transfert de connaissances et de la formation pour s'attaquer à la digitalisation en partant de zéro : pour tenir compte de la transformation numérique, Trumpf mise sur les réseaux et vient de créer un cours « Industrie 4.0 » au début de la nouvelle année de formation. Le nouveau programme qui s'adresse à tous les jeunes en alternance et en apprentissage coordonne tous les contenus numériques des différentes formations proposées. « La digitalisation est en train de devenir un élément fondamental de la formation dans notre pays. Ceux qui étudient l'informatique ou font un apprentissage dans ce domaine doivent comprendre ce que fait un constructeur de machines. De leur côté, ceux qui font de la construction mécanique doivent savoir quels logiciels il faut pour leur machine. Les compétences convergent, sans oublier que la gestion d'entreprise est également concernée, par exemple parce qu'elle doit inclure les pièces de tôlerie et les logiciels dans le calcul des coûts des machines », explique Katja Tiltscher, responsable de la formation chez Trumpf. Dans ce contexte, le programme d'accompagnement de l'AMB 2020 comprend une nouvelle attraction, le Trend Lounge, qui propose aux visiteurs un forum gratuit pour le transfert de connaissances et l'échange avec des experts. Pendant cinq jours, le forum se penche sur des sujets divers tels que la fabrication additive, la construction légère et, bien sûr, la digitalisation.

 

À propos du salon AMB

Lors de la 20ème édition de l'AMB qui aura lieu du 15 au 19 septembre 2020, l'accent sera mis sur les innovations et les perfectionnements en matière de machines-outils à enlèvement de copeaux et à ablation, d'outils de précision, de technique de mesure et d'assurance de la qualité, de robots, de technique de manipulation de pièces et d'outils, de logiciels industriels et d'ingénierie, de composants, de sous-groupes et d'accessoires. AMB 2020 est organisé sous l'égide de l'Association professionnelle des outils de précision au sein de la VDMA, de l'Association professionnelle Logiciels et numérisation au sein de la VDMA, et de l'Association allemande des constructeurs de machines-outils (VDW).

Plus d'informations sur www.amb-messe.de

Vous pouvez télécharger le fichier texte, les photos du dernier AMB et les logos du salon sur Internet à l'adresse : www.amb-messe.de/presse

Suivez-nous sur : www.twitter.com/amb_Stuttgart

 

Légende des images

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Markus Horn, directeur général de Paul Horn GmbH. Image : Paul Horn GmbH

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Le capteur piézoélectrique fournit des informations sur l'état de l'outil pendant l'usinage et mesure les forces de coupe, même les plus faibles, avec une résolution élevée. Image : Paul Horn GmbH

AMB20_PM05_Mit-Bits-und-Bytes-gegen-die-Krise_Sensor_Horn-OPC-UA : Le réseau Horn utilise le protocole de communication OPC UA, par exemple dans le domaine de l'enduction, pour répondre au besoin de standards de l'industrie 4.0. Image : Paul Horn GmbH

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L'edge computing à proximité de la machine se fait discret, comme ici chez Siemens. Image : Siemens AG

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Katja Tiltscher, responsable de la formation chez TRUMPF. Image : TRUMPF Group

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Dans l'atelier de formation de TRUMPF, les apprentis voient les avantages des solutions numériques dans la fabrication.Image : TRUMPF Group 

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