L’automatisation industrielle gagne du terrain avec la conception générative

Si vous êtes fabricant, vous connaissez certainement désormais le concept de conception générative. Pourtant, sa définition concrète prête toujours à confusion.

Un grand nombre d’acteurs du secteur industriel voudraient nous faire croire que la conception générative est simplement une branche de l’optimisation topologique ou de la modélisation procédurale. Mais en réalité, la conception générative est un changement d’approche beaucoup plus profond que cela. Il s’agit d’un processus alimenté par l’intelligence artificielle qui exploite la puissance du cloud pour faire avancer l’innovation en explorant des milliers de possibilités, plutôt que de simplement améliorer une conception existante comme le fait l’optimisation topologique.

Si cette notion ne vous a pas échappé, vous êtes sans doute d’ores et déjà convaincu des possibilités révolutionnaires qu’offre la conception générative pour l’avenir de l’automatisation industrielle. Néanmoins, vous pensez peut-être que la technologie est utile uniquement pour les géométries complexes que l’on ne peut produire qu’au moyen des techniques de fabrication additive.

Il est vrai que la plupart des exemples de conception générative que vous avez vus jusqu’ici sont plutôt complexes, avec des pièces imprimées en métal d’apparence surnaturelle. L’une des raisons qui expliquent cela est que la conception générative n’est pas connectée aux moyens traditionnels de fabrication. Et si votre entreprise ne peut pas se payer une imprimante 3D métal à 1,7 million d’euros, la technologie qui va avec paraît difficilement accessible ou pertinente.

En effet, de nombreux aspects de l’automatisation industrielle sont au départ trop coûteux et trop compliqués à adopter intégralement. Dans les années soixante, lorsque les premiers robots industriels ont fait leur apparition, seules les entreprises comme General Motors avaient les moyens de les acheter.

La conception générative, soit le processus automatisé consistant à créer une conception géométrique basée sur les résultats de simulation générés en comprenant le processus de fabrication, semble être la dernière technologie inaccessible. Mais la bonne nouvelle pour les fabricants est que la portée de l’automatisation de la conception générative est en train de s’élargir pour inclure de nouveaux processus industriels venant à l’appui de la fabrication traditionnelle.

Prenons le cas du logiciel de conception générative : confronté à une contrainte de fabrication comme le moulage ou l’usinage, il est capable de produire des dessins que vous pouvez concrètement fabriquer en utilisant les outils et les équipements qui se trouvent sans doute déjà dans vos ateliers. Et ces aboutissements sont non seulement possibles, ils sont abordables.

Si l’on prend, par exemple, trois versions d’une pièce métallique de soutien pour fauteuil roulant, dérivées du même processus de conception générative, les pièces sont en gros identiques : elles présentent les mêmes exigences fonctionnelles et de comportement, le même matériau, et la même forme brute. La seule différence concerne le processus de fabrication, mais comme nous allons le voir, tous les processus ne se ressemblent pas.

La pièce d’origine est moulée en métal, à un coût unitaire d’environ 13,45 € une fois l’amortissement complet des outils. L’utilisation de la fraiseuse à 3 axes peut être faite sur un centre d’usinage plus courant, mais sa fabrication coûte pratiquement 90 €, en raison du temps qu’il faut pour façonner la forme organique. La troisième solution, un usinage à 2,5 axes, tient de l’utopie parce qu’elle produit une pièce qui fait tout ce que la pièce moulée peut faire, mais à un coût de 22,46 €. Pour pratiquement le même prix, vous obtenez la meilleure solution pour résoudre votre problème de conception, sans avoir besoin d’outillage sur mesure, et en utilisant les machines existantes de votre atelier.

Bien sûr, le processus de fabrication a une énorme influence sur le type de géométrie que vous produisez, et il est enfin possible à quiconque d’appliquer la technologie de conception générative à des moyens de fabrication accessibles. Toutefois, la promesse d’automatisation industrielle ne s’arrête pas avec la conception générative.

Pour franchir la nouvelle étape importante de l’automatisation, un pipeline numérique est nécessaire afin de permettre un flux continu des opérations, du concept jusqu’au produit physique.

Examinons le déroulement classique du développement de produits actuel : un ingénieur réalise une géométrie de conception puis la transmet à quelqu’un d’autre pour faire des simulations. Cette personne doit finaliser les simulations et les valider avant de les remettre à une troisième personne qui crée les instructions d’usinage sous forme de code G. Dans bien des cas, ce fichier de code G est ensuite copié sur une clé USB puis transporté à l’atelier, où l’opérateur d’usinage peut le transférer vers la commande de la machine et enfin commencer à découper le métal.

Ce modèle en cascade est linéaire et totalement inefficace. La solution est un processus automatisé de développement de produit agile, qui permet une forme de convergence de façon à ce qu’une personne puisse commencer à travailler sur les études de simulation avant que la conception ne soit même terminée. Munie de la rétroaction des simulations, une autre personne peut commencer à travailler sur les instructions de fabrication, également avant que la conception intégrale ne soit terminée.

Cela permettra à votre entreprise de travailler non pas comme une usine du XIX^e siècle, mais comme une équipe sportive extrêmement compétitive. En faisant intervenir tous les éléments du processus en parallèle, vous raccourcirez la quantité globale de temps nécessaire pour créer un produit, et cela entraînera une meilleure innovation, une amélioration du comportement des produits, une baisse des coûts et une accélération des délais vers le marché : tous ces éléments sont essentiels pour qu’une entreprise soit au top.

Pour que tout cela fonctionne, vous devrez créer ce pipeline numérique, à savoir un lien direct entre les instructions de fabrication produites dans le logiciel et la machine-outil. Dans ce cas, le code G est créé en amont et envoyé directement à la machine-outil sans que l’ingénieur en ait même conscience.

Prenons un exemple : quand on veut imprimer quelque chose sur papier, on l’envoie au réseau, directement depuis son traitement de texte. On ne copie pas les fichiers vers le réseau et on n’a pas besoin de brancher une clé USB pour faire comprendre à l’imprimante ce qu’on a tapé sur son ordinateur. Il en va de même pour la fabrication comprenant un réseau de machines et d’applications CAO/FAO.

Quand bien même ce type d’automatisation industrielle est valable, il reste linéaire et par conséquent incomplet : l’information va vers la machine-outil, mais il n’y a aucune rétroaction. Les choses seraient tout de même beaucoup plus intéressantes si les commandes de la machine-outil pouvaient aussi saisir des informations relatives au comportement de l’outil. Ce genre d’automatisation fournirait une rétroaction en boucle fermée, ce qui vous permettrait d’extraire des informations de la machine-outil et de mettre à jour les instructions d’usinage en temps réel.

Par exemple, lorsqu’une machine CNC découpe du métal, c’est l’axe qui tourne et oriente la fraiseuse dans la découpe du métal. L’organe de commande sait quelle pression doit être appliquée sur l’axe ainsi que sa capacité maximale. Il sait, par exemple, si l’axe est à 50 % en dessous de ses conditions de charge maximales au milieu d’une opération, ce qui veut dire qu’il existe 50 % de capacité non exploitée.

Grâce à une connexion en réseau directe avec la commande de la machine, vous pouvez « écouter » l’organe de commande et, en temps réel, mettre à jour la stratégie d’usinage que vous avez générée automatiquement dans votre logiciel de conception. Si vous savez que la capacité de charge de l’axe est à 50 %, vous pouvez augmenter la vitesse d’alimentation de façon à ce que la fraiseuse découpe le matériau plus vite ou bien qu’elle coupe plus profond pour retirer plus de matériau. En poussant la machine plus près de sa limite, ces deux solutions augmentent la force de l’axe, ce qui signifie que vous pouvez produire plus rapidement et obtenir une meilleure efficacité opérationnelle de votre usine.

Lorsqu’elles sont prises ensemble, ces trois formes d’automatisation industrielle, soit la conception générative, le pipeline numérique et la rétroaction en boucle fermée, présentent un argument solide en faveur d’une nouvelle façon de travailler.

À l’heure actuelle, il est possible d’entrer les contraintes de fabrication traditionnelles dans Fusion 360 d’Autodesk et de faire appel à sa fonctionnalité de conception générative pour produire des solutions de conception optimales.

Bientôt, le pipeline numérique et la capacité de récupérer des informations par l’intermédiaire de la connectivité à l’atelier changeront sans aucun doute en mieux vos résultats opérationnels. Pour les fabricants, le meilleur reste à venir.