Un nouveau buzzword ? Stratasys Consulting se penche sur la fabrication additive et l’industrie 4.0

Un nouveau buzzword ? Stratasys Consulting se penche sur la fabrication additive et l’industrie 4.0

L’ « industrie 4.0 », cette « quatrième révolution industrielle », est-elle un autre buzzword utilisé dans les salles de conférence alors que les usines ont les genoux profondément immergés dans l’huile et les copeaux ? En attendant, personne n’a pris la peine de bien vérifier le stock, car nous sommes à court de vis à métaux… encore une fois.

Ou bien l’industrie 4.0 serait-elle, selon certaines sources, à l’aube d’un nouvel âge qui représente un changement de paradigme non seulement dans la fabrication des choses, mais aussi dans la manière dont elles interagissent avec l’utilisateur ?

Étant donné que cela signifie beaucoup de choses pour différentes personnes, Stratasys Consulting a partagé sa vision de l’industrie 4.0 et de ce qu’elle signifie pour la fabrication additive (AM).

Selon une définition donnée par un groupe de travail Industry 4.0 en Allemagne :

« L’industrie 4.0 implique l'intégration technique de systèmes cyber-physiques dans la fabrication et la logistique, ainsi que l'utilisation de l'Internet des objets et des services dans les processus industriels. Cela aura des implications sur la création de valeur, les modèles commerciaux, les services en aval et l'organisation du travail. »

Cyber-physique … c’est quoi encore ce terme ?!? Si vous nous posez la question, ce jargon est encore pire que le buzzword industrie 4.0. Mais permettez-nous d’essayer de les distinguer. En gros, nos usines de fabrication modernes peuvent être perfectionnées grâce au mode de fabrication sans gaspillage, à l’assurance qualité et aux machines à commande numérique - la plupart des machines adoptent le même comportement que celui d’un petit enfant très obéissant.

Des instructions peuvent être données à une machine et elle les suivra à la lettre. Même si cela signifie briser un outil dans une billette. Les trous seront forés et les composants assemblés, même s’ils ne sont pas corrects ou mal placés.

En inventant des machines permettant d’automatiser les processus tout en éliminant les caractéristiques humaines indésirables telles que la fatigue, l’ennui, la force, la précision, l’oubli et la maladie, nous avons perdu une partie de la capacité humaine à faire face à l’imprévu, à rattraper les erreurs et à avoir une vue d’ensemble. La plupart des usines de fabrication sont vraisemblablement trop grandes pour qu'une équipe humaine puisse avoir une vue d'ensemble et un contrôle sur toute la logistique.

C’est là que le « cyber » dans les systèmes cyber-physiques entre en jeu. Les coûts en baisse et les améliorations subséquentes de la taille et de la capacité globale des capteurs et des contrôleurs logiques programmables ont permis de déverrouiller une grande quantité de données. Tout, depuis les niveaux de stockage/inventaire à la température dans l'usine ou le débit par heure, peut être suivi et analysé.

Les partisans de l’industrie 4.0 affirment qu’ils disposent désormais de tous les éléments de base nécessaires pour créer des « usines intelligentes ».

Il est intéressant de noter qu’une usine intelligente ne signifie pas nécessairement une usine à intelligence artificielle qui fabrique des produits avant même d’en avoir besoin. Cela signifie simplement une usine qui n’est pas totalement idiote, étant donné que même une seule prise de décision et la capture d’une erreur ont de gros impacts sur l’ensemble du processus de fabrication.

L'industrie 4.0 peut être beaucoup plus que la fabrication pure. Cela représente un changement culturel dans la façon dont nous menons les affaires, concevons, fabriquons et interagissons les uns avec les autres. Les premières révolutions industrielles ont écarté les humains et en ont fait des machines. La fabrication en série et le commerce nous ont forcés à effectuer des travaux répétitifs insensés, une seule opération d'assemblage sur une chaîne de production ou une saisie de données sans fin.

Les concepts de l'industrie 4.0 donnent aux machines le peu d'intuition qui leur manque, leur permettant de faire des travaux répétitifs insensés tout en ayant la surveillance humaine nécessaire pour faire face aux imprévus. Les humains commencent maintenant à être libres de travailler ou de vivre de la manière qui leur convient le mieux. La connectivité de masse a permis des horaires de travail flexibles et l’implantation des bureaux à domicile. L'automatisation de masse nous oblige à devenir plus instruits tandis que les machines nous épargnent enfin des tâches insensées. Cependant, un changement de culture sera nécessaire pour nous encourager à devenir plus scolarisés afin de pouvoir gérer ces nouvelles professions. En outre, les outils logiciels utilisés doivent devenir plus intelligents pour supporter le poids des nouveaux emplois qui nécessitent davantage de réflexion et d'attention.

Le changement de paradigme de l’interaction homme-technologie et homme-environnement induit par l’Industrie 4.0 aura également un rôle important à jouer.

L'approche technique

Au début, le battage médiatique autour de la fabrication additive a mis l'accent sur la capacité de créer des usines évolutives du futur. Certains de ces avantages sont encore vrais aujourd'hui, mais l’industrie 4.0 et la fabrication additive permettent toutes les deux de créer des produits novateurs, entièrement personnalisés et (plus important encore) non statiques.

Ces possibilités ont transformé le monde de la fabrication de manière profonde. Notre analyse des tendances technologiques actuelles justifie la création d’un framework pour permettre à la fabrication additive de s’implanter dans la fabrication en série.

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Architecture d'entreprise basée sur le modèle (MBE)

La première étape qui mène vers la route de la fabrication de pointe est de s'éloigner des dessins 2D analogiques et du traitement de grosses quantités de métadonnées disjointes - pour un ensemble de données techniques numériques (TDP) normalisé. Ce processus consiste notamment en la modélisation 3D de la pièce et de toutes les informations nécessaires à sa fabrication. Ces modèles peuvent être lus et édités par n’importe quel logiciel ou appareil au cours du cycle de vie du produit. Les TDP incluent toutes les informations relatives au produit et à la fabrication de la pièce, telles que les tolérances, les parcours d’outils, les nomenclatures, les spécifications, la procédure de contrôle de la qualité, l’emballage et les informations logistiques.

Le NIST (Institut national de la normalisation et de la technologie) travaille sur la normalisation de ce processus depuis de nombreuses années, et des progrès ont été accomplis grâce aux normes ASME Y14.41 et ISO 16792. Ce qui signifie que l’architecture MBE (Model-Based Enterprise Architecture) est de plus en plus adoptée. Cependant, importer des données PMI depuis votre logiciel de CAO préféré vers une machine à commande numérique n’est jamais simple et les taux d’adoption restent assez bas. L’industrie 4.0 s’impose comme un vrai fil numérique dans son approche de conversion analogique-numérique.

Vérification et simulation des conceptions numériques

Les règles de conception en fabrication additive sont très différentes de la fabrication traditionnelle et doivent rompre avec le processus traditionnel qui suit cet ordre : imaginer, concevoir, construire et tester, puis redessiner. La validation et la simulation de la conception AM permettent à l’industrie 4.0 d’atteindre son plein potentiel. Ces procédures visent à tester les conceptions pendant que vous travaillez. Toutes les données PMI disponibles, associées aux conditions environnementales dans lesquelles la pièce baignera toute sa vie, permettent au logiciel de guider les décisions de conception au cours du processus.

Les techniques de vérification de la conception doivent évaluer la fonctionnalité, la fabricabilité et la conformité des systèmes de contrôle de qualité spécifiques à la pièce, ainsi que les résultats des simulations permettant une liberté de conception AM pleinement réalisée dans les limites des stratégies de validation.

Modélisation numérique et simulation du processus de fabrication

Semblable au principe ci-dessus, la modélisation numérique des processus de fabrication permet de tester et d’ajuster des pièces avant leur fabrication par simulation.

La modélisation des processus permet aux machines AM d'atteindre leur potentiel d'automatisation en stockant les données de fabrication antérieures. Les fichiers de conception s’adapteront en prenant en compte les inexactitudes inhérentes au processus de fabrication afin de produire des pièces plus fidèles. À terme, ce processus pourrait être utilisé pour certifier numériquement des conceptions et des pièces avec des tests physiques minimaux en simulant et en comptabilisant l'inconnu non quantifiable, au lieu de subir des processus de tests physiques longs et coûteux.

Des systèmes cyber et physique

Les systèmes cyber et physiques fonctionnent de manière autonome. Dans l’industrie 4.0, lorsqu'un état du système change, il doit provoquer une modification instantanée de tous les autres systèmes connectés. Les états des systèmes cyber et physiques doivent s’enchevêtrer dans les états actuels et futurs potentiels pour créer des systèmes cyber-physiques.

La fabrication additive a le potentiel de devenir la méthode la plus efficace pour convertir des données du monde cyber en monde physique. Pour compléter ce couplage, les capteurs, les commandes et la connectivité (Internet des objets) doivent fournir des informations pertinentes pour faire connecter les deux mondes. Cette organisation des données en boucle, leur analyse appropriée et leur interprétation sont les principes clés de l'industrie 4.0.

Contrôle du processus machine intelligent

Le contrôle du processus machine existe depuis longtemps, mais son fonctionnement était relativement simpliste. Un laminoir utilise une boucle de rétroaction pour mesurer l’épaisseur du produit et ajuster l’écart entre les rouleaux en conséquence. L’industrie 4.0 offre la possibilité de créer des machines réellement intelligentes, basées sur l'apprentissage automatique, afin d'améliorer continuellement l'ensemble du processus, du produit et des matériaux utilisés.

Ce processus est parfois appelé apprentissage profond ou deep learning – utiliser un réseau neuronal pour traiter des variables de sources « inconnues » et des schémas antérieurs pour concevoir statistiquement la valeur correcte. Le but est de résoudre les problèmes de la même manière que le cerveau humain, mais de manière plus prévisible et répétitive. A titre d’exemple, une imprimante 3D corrige de manière préventive les erreurs en fonction des résultats de travaux précédents similaires, mais non identiques.

Conclusion

Lequel de ces 5 topics aura le plus d’impact sur la fabrication moderne ou même sur l’humanité ? Dieu seul sait ! Mais même pour les passionnés de l’industrie 4.0, il reste encore beaucoup à faire. Nous sommes entourés d’énormes quantités de données inutilisées, de machines stupides incapables d’assumer la forme la plus élémentaire d’humains intelligents et fortuits contraints d’exercer des tâches banales.


Publié le 29 Avril 2019