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Des jumeaux numériques d'usine pour une production efficace

Les missions principales de l'atelier de peinture dans l'automobile sont d’offrir une apparence attrayante à la carrosserie et de la protéger de façon optimale. Cependant, les exigences dans un atelier de peinture ont évolué à bien des égards. En effet, le souhait du client de disposer de véhicules personnalisés et de processus de production respectueux de l'environnement constitue des exigences élevées. Une production efficace et économique est donc un principe directeur clair. Des aspects tels que la stabilité élevée des processus dès le départ, la disponibilité des installations, un usage efficient des matériaux et de l'énergie jouent par conséquent un rôle très important. C'est en ce sens que les constructeurs et fournisseurs automobiles travaillent dans tous les domaines de la chaîne de processus de l'atelier de peinture pour améliorer les solutions existantes et en développer de nouvelles.

Afin de répondre aux exigences du marché en termes de diversité croissante des véhicules et de processus de production plus respectueux de l'environnement, l'industrie automobile développe le concept de l'atelier de peinture numérique. Il repose sur trois "leviers" interdépendants : la continuité numérique de la conception à la production du véhicule, une automatisation précise via des robots industriels et l'approche du jumeau numérique de l'usine.

 

 

La continuité numérique de la conception du véhicule à sa production

La chaîne numérique de la conception à la production utilise les caractéristiques géométriques définies dans la conception pour un échange d'informations sans papier, flexible et rapide tout au long de la ligne de production et en particulier dans l'atelier de peinture. Cela permet d'accélérer la planification de la production des nouvelles séries et de les mettre sur les lignes de production de l'atelier de peinture à un stade précoce. L'accélération de l'échange d'informations permet également de faire remonter les informations de la planification de la production dans la conception afin de prendre en compte les corrections de conception en amont et d'éviter ainsi les modifications tardives et les coûts supplémentaires.

 

Une automatisation parfaite avec des robots industriels

L'automatisation dans l'atelier de peinture a considérablement évolué ces dernières années. Alors que dans le passé, on trouvait encore des lignes d'automatisation assez rigides avec des machines d'application ou même des activités manuelles, on retrouve aujourd'hui des stations flexibles avec des robots industriels. L'utilisation de robots industriels permet une reprogrammation rapide - et offre beaucoup de flexibilité pour les nouvelles séries ou les variantes de séries.

 

Un jumeau numérique de l'usine

Un jumeau numérique de l’usine est une réplique plus vraie que nature de l'usine de production sur un écran d’ordinateur. Pour reproduire la réalité, il est nécessaire de modéliser non seulement la structure mécanique mais aussi les composants électriques, tels que les commandes et les connexions électriques, ainsi que les étapes du processus et le résultat du processus. Cela signifie que lors de l'application de la couche de finition, il faut non seulement simuler le mouvement des robots industriels, mais aussi l'application de la couche de finition elle-même avec une simulation correspondante de l'épaisseur de la couche.

Si l'on veut maintenant implémenter l'atelier de peinture numérique, il faut un logiciel de simulation qui, grâce à un modèle de données évolutif, permet de reprendre les informations géométriques de la conception, de prendre en charge les étapes du processus et les simulations de processus, et enfin d'utiliser la simulation des implantations tout au long du projet. Certes, il s'agit de relations complexes. Mais c'est exactement ce que la suite de simulation 3D FASTSUITE E2 permet de résoudre : Les utilisateurs peuvent utiliser le programme pour représenter le jumeau numérique de leur usine comme une copie exacte de la réalité. La simulation a la même structure et le même comportement que l'usine réelle.

Et l'utilisateur ne voit pas une émulation à l'écran, mais une simulation entièrement valide basée sur les composants du système avec le modèle de comportement.

 

 

 

 

En prenant pour exemple le processus de scellage des joints, voyons comment fonctionne l'interaction de la continuité numérique avec le jumeau numérique de l'usine - et quels avantages en découlent. Nous utiliserons comme base le jumeau numérique, qui a déjà fait ses preuves dans l'application correspondante chez un constructeur automobile du sud de l'Allemagne. L'étanchéité protège la carrosserie de la voiture contre la pénétration de l'humidité et la corrosion. Dans ce processus, les jointures du véhicule sont scellées avec des matériaux PVC spéciaux. Ce processus d'étanchéité est principalement réalisé par des robots, qui appliquent le produit d'étanchéité sur la carrosserie par le haut et par le bas. Le volume de scellement des joints peut s'élever jusqu'à 150 mètres de joints dans les géométries complexes des véhicules. Cela doit être implémenté dans les programmes des robots.

Or, les systèmes actuels de simulation et de programmation de robots se concentrent généralement sur les capacités de la machine au lieu de prendre en compte les caractéristiques du produit final. Une approche nouvelle et innovante de la simulation de robot et de la programmation hors ligne (PHL) est appelée "CAD-to-Path", et s'appuie sur des algorithmes pour définir les trajectoires en se basant sur la CAO. C'est une méthode qui permet donc la programmation de robots basée sur les contours. La méthode CAD-to-Path est basée sur le concept de géométries de processus avec des liens relatifs aux caractéristiques du produit, qui peuvent être basées sur des points, des contours ou des surfaces. Cela permet d'établir un lien actif entre la caractéristique du produit et le programme hors ligne du robot, ce qui permet finalement une programmation semi-automatique du robot et des mises à jour automatiques.

Au lieu de cartographier la ligne de contour comme une séquence de points individuels qui sont estimés avec des mouvements point à point et linéaires et programmés en utilisant la méthode d'apprentissage, la méthode CAD-to-Path de FASTSUITE E2 utilise le contour comme une ligne de trajectoire continue et utilise également des mouvements circulaires pour l'approximation. Cela crée la possibilité d'interpoler et de manipuler l'orientation de la ligne de contour dans son ensemble. À cette fin, les contours sont simplement enregistrés dans la géométrie du composant au moyen d'une recherche correspondante ou immédiatement importés de la conception en tant que caractéristique géométrique. Selon les besoins, les contours peuvent être approchés de manière linéaire ou circulaire et pourvus de décalages appropriés. Des mouvements harmonieux permettent d'obtenir la qualité de surface souhaitée, tout en optimisant la consommation de matériau.

Les programmes de scellement des joints des différents robots sont ensuite combinés dans les stations, la séquence globale est simulée et finalement mise en service virtuellement.

Quels sont donc les avantages d'utiliser cette approche de scellement des joints par contour ? Dans un premier temps, c'est l'efficacité générée grâce à une approche standardisée utilisant la méthode CAD-to-Path : l'utilisation de technologies et de méthodes de processus (recettes), ainsi que la réutilisation de connaissances spécialisées permettent entre autres de normaliser la programmation hors ligne et donc de réduire le délai de mise sur le marché. D'autre part, la génération du programme est également plus rapide car la préparation du modèle nécessite moins de temps et les différentes sections de jointure peuvent être programmées plus efficacement. Par rapport aux systèmes PHL robotisés standards, l'effort de programmation peut être réduit d'environ un tiers.

L'atelier de peinture numérique n'est-il qu'une vision ? Pas du tout, il est déjà utilisé en pratique. Cela s'applique non seulement au scellage des joints, mais aussi à la pulvérisation des couches d'isolation, au moussage et à la préservation des cavités, ainsi qu'à la peinture de la carrosserie. En s'appuyant sur le logiciel approprié, une optimisation considérable des processus peut également être réalisée dans ces cas-là. L'automatisation par des robots industriels met donc en évidence la nécessité d''utiliser des systèmes de programmation intelligents et efficaces. Basés sur le jumeau numérique qui s'apparente à une véritable colonne vertébrale de bout en bout du projet, ceux-ci assurent en définitive un réel progrès.

PRESENTATEUR:

Thomas Flaig, Senior Account Manager - Linkedin

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