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USINE NUMÉRIQUE LE VIRTUEL GAGNE TOUS LES ÉTAGES

M. S.

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USINE NUMÉRIQUE LE VIRTUEL GAGNE TOUS LES ÉTAGES

© Dassault System ; D.R.

- Simuler et analyser virtuellement la conception et la production d'un produit, voire relier le monde des études et de la fabrication réelle, est un concept qui commence à faire ses preuves.

L'automobile et l'aéronautique sont deux secteurs très avancés dans l'adoption de l'usine numérique. Mais, pour des raisons de coût, de rapidité, de flexibilité et de qualité, cette démarche, qui vise la mise en oeuvre des outils virtuels à toutes les étapes du cycle de vie d'un produit, constituera sans doute pour la plupart des secteurs industriels l'un des principaux enjeux des années à venir.

De nombreux fournisseurs sont actifs sur ce marché, comme Dassault Systèmes ou PTC, voire SAP avec sa démarche iPPE (Integrated Product and Process Engineering) ou encore les éditeurs qui proposent des solutions ciblées comme les MES (Manufacturing Execution Systems). Reste que l'un de ceux qui couvre le mieux cette approche avec le plus large spectre de solutions est sans doute Siemens PLM Software. Ce dernier possède en effet dans sa panoplie aussi bien des outils de conception et de fabrication assistées par ordinateur que d'analyse, de PLM, de simulation des installations de production et, ce qui est plus rare chez les autres, d'automatisme...

Mutualiser les données et les savoir-faire

Vieux routier de la simulation de processus de fabrication, Éric Gautier, le directeur Euro-pe du développement com-mercial des solutions manufacturing de Siemens PLM Software, précise sa vision du processus. « L'objectif à long terme est de créer une plate-forme commune de collaboration avec laquelle on gère le cycle de vie d'un produit comme celui de la production », expliquait-il lors de la quatrième édition du Congrès de l'usine numérique qui s'est déroulé en octobre dernier à Munich (Allemagne). Une manifestation qui a fait le point sur les avancées technologiques, mais aussi sur les prochains développements.

« Basée sur des moyens de communication ouverts et standards, cette plate-forme assure le partage des données et la capture des savoir-faire tout au long du processus de création de valeur d'un produit et de l'usine devant le fabriquer », ajoutait aussi l'expert français. Car l'arrivée d'Internet et la globalisation des marchés ont complètement changé la donne. Il y a dix ans, les entreprises innovantes pouvaient se permettre de lancer un nouveau produit progressivement sur le marché sans une totale assurance quant à son succès. « Aujourd'hui, ce temps a été divisé par deux ou plus et la confiance dans les chances de succès du produit doit être bien plus grande. »

Oui, mais comment faut-il faire pour mieux appréhender les impondérables de la conception et de la fabrica-tion d'un produit ?

Selon le spécialiste de Siemens PLM Software, pour accélérer la mise sur le marché, il faut remplir trois conditions : travailler en ingénierie simultanée sur les produits et les process, les simuler et les valider pour obtenir des processus de production flexibles, capitaliser sur l'existant (gammes, moyens de production, etc.) et réutiliser les savoir-faire de l'entreprise. Quant à la confiance dans le succès du produit sur son marché, elle repose sur des outils de simulation pour évaluer le coût, la qualité et le respect des normes, sur une boucle de progrès continu entre mondes virtuel et physique et une bonne gestion des modifications sur l'ensemble du cycle de vie du produit.

Définir un processus générique

Le constructeur de navires Fincantieri s'est approprié cette leçon. L'entreprise qui emploie 9 200 personnes et réalise plus de 2,5 milliards d'euros de chiffre d'affaires est confrontée à une concurrence très rude. « Nous devons donc réduire sans arrêt à la fois les temps de développement et les coûts », souligne Giorgio Berlato, le responsable du développement des méthodes et des technologies chez Fincantieri. La solution ? La mise en place du logiciel Tecnomatix Process Designer et des outils de simulation de Siemens PLM Software a permis au constructeur italien de définir un processus générique. Ce dernier peut servir de base pour créer plusieurs gammes destinées au même chantier naval ou à de futurs programmes dans divers chantiers. Le paramètre principal pour en mesurer l'efficience étant le temps, combien de temps faut-il pour introduire un nouveau modèle dans un système de production existant ? Combien de temps faut-il pour déplacer une production d'un chantier à un autre ou à l'intérieur d'un même chantier ?

L'industrie automobile a été l'une des premières à s'approprier ce concept qu'elle continue à développer. Pour de multiples raisons qu'explicite Robert Reiter de BMW. « Les constructeurs doivent aujourd'hui, et devront encore plus demain, gérer un nombre toujours croissant de variantes pendant le développement d'un modèle », explique-t-il. À cela s'ajoutent de nouvelles technologies de fabrication qu'il faut maîtriser et un temps de développement de plus en plus comprimé. Les réseaux de production devien- nent à leur tour plus flexibles, plus adaptables. Côté outils informatiques, l'évolution est-elle aussi fulgurante : logiciels puissants de CAO et de simulation ainsi que de fabrication, intégration de plus en plus forte des solutions informatiques... Objectif : imbriquer les études, la planification et la fabrication en un seul système. « C'est ainsi que l'on peut prendre en compte le plus tôt possible pendant le développement d'un modèle les éventuelles restrictions imposées par la production, constate le spécialiste de BMW. Et réduire fortement les coûts à tous les niveaux. » Ses conseils : diminuer le nombre d'interfaces entre les différents outils informati- ques et, si nécessaire, utili- ser les technologies EAI (intégration d'applications d'entreprise) pour améliorer la flexibilité du système d'information. Selon Robert Reiter, à l'avenir, l'usine numérique sera matérialisée par une intégration plus forte entre le développement du produit et la production grâce à l'évolution des méthodes et des outils virtuels. « L'intégration des systèmes mécaniques et d'automation sera, elle aussi, facilitée par ces outils », indique-t-il.

Fixer très tôt la position des points de soudure

Passer de la conception virtuelle d'un produit à sa production virtuelle est une étape importante sur le chemin de l'usine numérique comme le démontre l'expérience de Daimler. Ce dernier a appliqué ce concept à la fabrication de la caisse en blanc de ses automobiles. Ses ingénieurs sont passés de la validation des trajectoires de soudage à l'identification géométrique des points de soudure et des fixations nécessaires pour la caisse. L'étape suivante a été celle de la validation de la cellule robotisée de soudage et ensuite, de la fabrication. Avec quel avantage ? « En déterminant la position des points de soudure le plus tôt possible dans le processus de conception, la précision dimensionnelle est bien mieux garantie et le coût de modification du matériel de soudage est diminué », expliquent les spécialistes du constructeur allemand.

Le monde de la fabrication numérique n'est-il cependant pas trop complexe pour une PME ? « Pas du tout, répond Markus Knobel d'Unity AG, une société allemande spécialisée, qui leur prodigue maints conseils pour réussir. « Une PME qui veut attaquer le monde de la fabrication numérique doit poursuivre plusieurs objectifs prioritaires », explique le spécialiste. L'intégration des données doit ainsi s'accompagner de l'automatisation de la planification. Sans oublier la standardisation des visualisations entre le développement du produit et la planification de la production, la mise en place d'un workflow. Ni la gestion du changement.

Enfin, Wolfgang Schlögl, spécialiste à la division Automation and Drives de Siemens, préconise, lui, l'intégration entre le PLM et le MES pour lier le développement du produit et du process avec la production réelle. « Les bases de données PLM pourront ainsi à l'avenir contenir toutes les informations importantes liées au développement d'un produit et à sa fabrication », précise l'expert qui trace le programme pour la prochaine décennie. « La conception des systèmes mécaniques et l'automatisation convergeront dans les dix prochaines années », prévoit Wolfgang Schlögl. Wait and see...

SYSTEMATIC S'ATTAQUE À L'USINE NUMÉRIQUE

- Lancé en mai 2007, le projet "Usine numérique 2" du pôle de compétitivité Systematic s'inscrit dans la continuité du premier, mis en place dix-huit mois auparavant. « Ce projet poursuit plusieurs objectifs, précise Gilles Battier, le PDG de Spring. À savoir la gestion des bases de données nécessaires à la mise en oeuvre de grandes simulations de l'usine, la mise en oeuvre du travail collaboratif entre l'usine et les fournisseurs, la gestion des vues multiéchelles, le rapprochement du monde réel de l'usine avec le monde virtuel (en traitant en particulier les impératifs de temps réel en simulation et les variations réalistes des modèles) et l'intégration dans le modèle de simulation en humain virtuel, au comportement physique et cognitif le plus réaliste possible. » Réussir une pièce du premier coup Vaste programme auquel a été conviée cette PME, spécialiste reconnue de la simulation d'usinage et de la gestion des outils de coupe. « Notre proposition de recherche, qui a été retenue, vise un objectif ambitieux : réussir une pièce du premier coup en simulant, pour mieux les maîtriser, la déformation des outils, des porte-outils et des pièces en cours d'usinage. » Le groupe de travail comporte des noms tels que Dassault Aviation, Dassault Systèmes, Safran, Seram et des centres de recherche de l'Ensam et du CEA-List. Les équipes doivent valider un simulateur intégrant les comportements dynamiques de la pièce et de la machine.

TROIS QUESTIONS À... ED MILLER, PRÉSIDENT DE CIMDATA

Le cabinet d'études américain CIMdata est spécialiste du PLM. Son président souligne l'importance croissante prise par le concept d'usine numérique.

Industrie et Technologies : Quels sont les domaines de la fabrication numérique ? Ed Miller : Ce concept couvre des fonctions comme l'ingénierie de fabrication, la simulation et la validation des processus de fabrication, les opérations de fabrication, les tests et le contrôle de la qualité. Des éléments qui font partie, bien sûr, du PLM (Product Lifecycle Management ou gestion du cycle de vie d'un produit) qui, lui, comporte aussi des domaines comme les études, la planification, les ventes et la distribution, le service après-vente... L'objectif de l'usine numérique, c'est de constituer une chaîne ininterrompue entre la conception et la fabrication. IT : Quels sont les industriels concernés par ce concept ? Ed Miller : L'industrie automobile et l'aéronautique font partie des pionniers de ces applications et elles bâtissent peu à peu l'usine numérique. Cependant, d'autres domaines, comme l'industrie des biens de consommation, la construction nucléaire, la fabrication d'équipements industriels, etc., leur emboîtent le pas. IT : Peut-on mesurer les avantages d'une telle approche ? Ed Miller : Les applications existantes ont prouvé l'intérêt de cette démarche dans la réduction des cycles de développement des produits, la réduction des coûts de fabrication, l'amélioration de la qualité, la dissémination dans l'usine de bonnes pratiques... Aussi, la mise en pratique de la conception et de la fabrication au plus juste devient plus facile.

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