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L'ingénierie digitale accélère le processus de développement et minimise les risques

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L'ingénierie digitale accélère le processus de développement et minimise les risquesL'ingénierie digitale, la conception de machines dans un environnement virtuel, est une technologie émergente qui coïncide parfaitement avec la dynamique actuelle dans la construction de machines. En raison des délais de développement sans cesse plus courts et des applications sans cesse plus complexes, le développement et l'essai purement physiques de nouvelles machines et composants sont devenus onéreux et fastidieux. L'ingénierie digitale permet aux concepteurs de travailler de façon plus rapide et plus flexible, tandis que le résultat final est tout aussi fiable. De plus, les modèles digitaux - par exemple sous forme de 'digital twin' - apportent une grande valeur ajoutée. Non seulement dans la traçabilité et la résolution de problèmes techniques ainsi que la formation des collaborateurs, mais également dans l'exécution de l'entretien au cours du cycle de vie restant d'une machine.

“L'ingénierie digitale réunit diverses technologies et outils, de telle sorte que vous obtenez un environnement de production complet", affirme Antoon Laane. Il est responsable chez Rockwell Automation du business development des solutions d'ingénierie digitale. “Dans un tel environnement d'ingénierie digitale, des systèmes CAO pour applications mécaniques et l'électronique sont par exemple combinés avec un logiciel de simulation. Ceci permet de développer et de tester des modèles digitaux, avant la construction physique de l'installation. Dans la conception de machines traditionnelle, les étapes de développement mécaniques, électrotechniques et logicielles sont exécutées l'une après l'autre ou l'une à côté de l'autre, et le plus souvent aussi composant par composant. Ensuite la machine est testée physiquement pour contrôler et optimiser le fonctionnement. L'ingénierie digitale accélère considérablement le processus de développement et diminue le risque d'erreurs de développement et de coûteuses adaptations dans la phase finale."

Modèle digital

Le grand avantage de l'ingénierie digitale est le développement d'un modèle intégralement digital d'une machine ou installation. Non seulement ce modèle fait office d'ébauche pour la construction et le fonctionnement de la machine mais le modèle digital joue également un rôle important dans l'essai de la machine et des ses composants dans la phase de développement. “A l'aide du modèle digital, vous pouvez tester virtuellement les processus, l'électronique et les systèmes mécaniques, ou valider le concept et l'ingénierie, mais dans cet environnement virtuel vous pouvez aussi simuler le fonctionnement et la sollicitation dans la pratique", explique Laane. “Ce faisant, vous pouvez déjà exécuter des adaptations et optimiser le concept avant la construction physique de la machine." Un prototype physique reste important dans bien des cas, estime Laane; certainement pour pouvoir étudier le comportement de la machine dans la pratique. De plus, vous pouvez utiliser un prototype pour tester et solutionner des aspects pratiques, tels que le positionnement des composants ou le câblage et l'accessibilité de la machine ou de la commande.

L'ingénierie digitale accélère le processus de développement et minimise les risques

“L'avantage de l'ingénierie digitale s'exprime surtout dans le développement de systèmes grands et complexes pour le traitement des commandes dans les grands magasins ou pour le traitement des bagages sur les aéroports" déclare-t-il. “De tels systèmes sont constitués de centaines de mètres de convoyeurs à bande, convoyeurs à rouleaux et moteurs, qui transportent chaque jour des milliers de colis ou coffres. Vous ne voulez construire de tels systèmes que si vous avez exclu tous les risques de conception et contrôlé le fonctionnement par des simulations étendues. Ou regardez le développement d'une éolienne avec des pales de 120 mètres, vous ne pouvez pas la tester dans une soufflerie. Les simulations dans un environnement virtuel sont alors tout indiquées. Idem pour les machines et installations qui doivent pouvoir fonctionner dans des conditions extrêmes, que vous ne pouvez pas imiter si facilement. Cela révolue déjà en direction du 'digital machine prototyping', en vertu duquel un concept est visualisé de façon digitale pour simuler le fonctionnement sans qu'un produit physique soit disponible."

Virtual commissioning

Laane évoque aussi le moment de la mise en service d'une machine, le 'commissioning': “Supposons qu'une nouvelle machine vient d'être placée dans une usine et que toutes sortes de techniciens s'affairent à l'installation et au montage. Si un ingénieur veut accéder à la machine pour effectuer des tests, les techniciens doivent attendre. Dans la pratique, vous voyez qu'un tel processus suscite une grande irritation et que la durée des tests et des réglages se prolonge souvent de façon gigantesque. Pour mesurer la sollicitation et les performances de la machine, et valider les étapes du processus jusque dans les détails, vous pouvez exécuter ces tests avec la même efficacité et fiabilité dans un environnement virtuel. Le 'virtual commissioning' peut surtout être très efficace dans la pharmacie, où prévalent des règles très strictes pour la production de médicaments. Le 'virtual commissioning' procure donc des avantages directement identifiables. Le temps nécessaire à la mise en service effective de la machine peut être énormément écourté."

L'ingénierie digitale accélère le processus de développement et minimise les risques

La documentation du processus d'ingénierie et de développement complet simplifie aussi le développement et la production en série futurs des machines et des installations. Toutes les étapes du processus sont fixées de façon exacte, afin que les concepteurs puissent aisément reprendre des stades de conception précédents et se baser sur ceux-ci. Les erreurs dans le concept existant peuvent aussi être tracées assez facilement grâce au modèle digital.

Maintenance et formation

Le modèle digital prouve également sa valeur après la construction et le 'commissioning'. Dans le modèle sont par exemple également repris les spécifications des composants mécaniques et les schémas d'installation électrotechniques. De telles informations sont primordiales pendant la durée de vie de la machine et surtout pour l'entretien et les réparations. “Le modèle digital offre des possibilités fantastiques pour développer des applications de réalité augmentée et de réalité virtuelle pour soutenir les techniciens de maintenance ou pour former les opérateurs. Vous pouvez leur montrer l'intérieur de la machine et leur montrer commet elle fonctionne", explique Laane.

Digital twins

Antoon Laane évoque aussi le phénomène des 'digital twins' ou 'prototypes digitaux'. Ce sont des copies digitales exactes de machines ou installations existantes. “Le phénomène des digital twins suscite actuellement un vif intérêt", constate-t-il, “mais les entreprises doivent se demander jusqu'à quel niveau l'implémentation d'une copie digitale a du sens. Je pense que des digital twins très détaillés offrent peu de valeur ajoutée pour une grande partie des constructeurs de machines, car ils exigent un très gros effort d'ingénierie. Plus la machine ou l'installation est complexe, plus un digital twin ou prototype digital est intéressant. Dans le cas d'un système de manipulation de matériaux, un environnement 'virtual commissioning' peut suffire. Celui-ci indique simplement qu'un capteur fonctionne; ou que celui-ci fournit les informations requises sur le produit physique dans le processus de production et/ou que les données pilotent les bonnes actions. Le but essentiel est de contrôler que l'ingénierie et le design sont corrects."

Emulate 3D et Vuforia

L'ingénierie digitale accélère le processus de développement et minimise les risquesCes dernières années, Rockwell Automation a mis au point un ensemble quasi complet de solutions pour l'ingénierie digitale. Laane: “En fait cela commence avec Arena, un outil de simulation général, qui peut être utilisé pour modéliser un grand éventail de processus opérationnels. Arena est idéal pour évaluer les systèmes, qui sont difficiles à analyser à l'aide de feuilles de calcul en raison de la quantité de variables et de dépendances. Les ingénieurs qui s'occupent de l'agencement des usines peuvent par exemple calculer la capacité requise d'une ligne de production. Au centre de la FactoryTalk DesignSuite figure toutefois la solution d'ingénierie Emulate3D. Elle permet aux constructeurs de machines et intégrateurs de systèmes d'émuler, de tester virtuellement, de valider et de mettre en service leurs systèmes avant qu'ils soient effectivement opérationnels. Le progiciel offre surtout une grande valeur ajoutée dans le 'virtual commissioning', mais offre aussi la fonctionnalité pour la simulation et le soutien du 'digital machine prototyping'. Par ailleurs, nous avons Vuforia, une solution permettant au personnel d'être formé et instruit dans un environnement sécurisant et virtuel."

Laane: “Nous constatons que dans la pratique, il est pénible pour les entreprises de se séparer de leurs systèmes existants. Presque tous leurs efforts de développement et de R&D sont sauvegardés dans des systèmes CAO mécaniques et électrotechniques. La transition vers de nouveaux systèmes d'ingénierie peut être un processus de longue durée et coûteux. C'est pourquoi nous avons choisi les systèmes CAO mécaniques et électrotechniques les plus utilisés tels que Solidworks, Creo Parametric, Autodesk Inventor et ePlan P8 interfaces, de telle sorte que les départements d'ingénierie peuvent continuer de travailler avec leurs systèmes existants. Nous croyons que les écosystèmes d'ingénierie digitale, dans lesquels nous réunissons tous les outils et facilitons l'échange de données entre ces systèmes, sont l'avenir. Diverses bonnes initiatives visent actuellement à développer des standards pour la définition des données et pour l'échange des données dans de tels environnements d'ingénierie."

Retour sur investissement

“Il est délicat de chiffrer en argent les avantages de l'ingénierie digitale", confie Antoon Laane. “Divers niveaux d'implémentation de l'ingénierie digitale sont possibles, variant de basique à très avancé avec les coûts afférents pour l'effort d'ingénierie. Pour les entreprises, il est donc important de déterminer à l'avance quelle fonctionnalité elles veulent. L'ingénierie digitale procure des avantages substantiels, comme le prouve le fait que quelque 20 pour cent des ingénieurs chez les constructeurs de machines plus grands s'occupent déjà d'ingénierie virtuelle et de 'virtual commissioning'. Nous voyons que les risques dans l'ingénierie et le démarrage de grands systèmes complexes diminuent et que les délais de développement et d'installation sont énormément écourtés. Une bonne indication des possibilités et avantages de l'ingénierie digitale est donnée par l' IoT implementation survey van Gartner. Il en ressort que 13 pour cent des entreprises qui implémentent des projets Internet of Things (IoT) recourent déjà aux digital twins, tandis que pas moins de 62 pour cent des entreprises prévoient de le faire."

Rockwell Automation est présent sur le stand 32 du salon ABISS le 3 octobre prochain à Courtrai. Vous y trouverez des informations et des démonstrations sur la plateforme IIOT, les digital twins, la réalité augmentée (RA), la gestion du contenu des données et la mobilité. Outre ces objets, des thèmes tels que la Cyber Sécurité, l'IA, l'Apprentissage Machine, l'Ingénierie Virtuelle et les Services sont abordés pendant ABISS.

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