Nicola Iovine, responsable du développement commercial stratégique EMEA, conception numérique et SaaS, chez Rockwell Automation, conclut : « Emulate3D devient une puissance dans la conception industrielle, car de plus en plus d'entreprises reconnaissent les énormes avantages du déploiement de la technologie de jumeau numérique. Cette application avec ECM Technologies est une véritable vitrine de ce qui peut être réalisé et de la manière dont la conception et la mise en service peuvent devenir plus rationalisées. Nous sommes impatients de soutenir ECM Technologies dans son évolution encore plus poussée dans le domaine numérique. »
- Le traitement thermique est un procédé complexe à plusieurs étapes, qui présente de multiples défis lors du transfert des conceptions du bureau d’études, en passant par la fabrication, jusqu’à l’installation et la mise en service.
- Une solution Rockwell Automation a été installée, comprenant le logiciel de jumeau numérique Emulate3D pour la mise en service virtuelle, la simulation du débit et la démonstration industrielle.
- Connectivité bidirectionnelle et interactivité transparentes avec les logiciels de tierce partie essentiels, notamment MATLAB
- Une grande partie du code de l'automate a été entièrement simulée, affinée et finalisée avant la livraison de la ligne
- La pré-simulation a permis de réduire de plusieurs mois le délai de la chaîne critique
- Le temps de mise en service a été réduit de 50 %, même avec la migration complète vers le logiciel du client
- Le projet a été livré dans les délais et ECM est plus confiant dans le respect des échéances
- Moins de réunions sur site et de déplacements internationaux requis
- En virtualisant les projets, ECM peut désormais gérer plus de projets simultanément
Lorsque vous combinez des solutions de jumeau numérique avec un logiciel de simulation et de visualisation de processus de pointe, puis que vous les appliquez à des installations de traitement thermique à grande échelle, les produits métalliques deviennent plus durs, mais la conception, l’installation et la mise en service deviennent beaucoup plus faciles.
Grâce au déploiement de son logiciel Emulate3D™, ECM Technologies, un leader mondial dans la conception et la fabrication de fours industriels de cémentation basse pression innovants et modulaires, a développé une solution qui élimine de nombreux défis liés à l’installation et à la mise en service concernant le développement, les tests et le déploiement d’installations de traitement thermique à grande échelle.
Le traitement thermique à grande échelle n’est pas une mince affaire – surtout lorsqu’il s’agit de volumes dans l’industrie automobile. Une installation de traitement thermique moderne peut occuper une usine entière, c’est pourquoi, en raison de sa complexité, elle est traditionnellement sous-traitée à des entreprises disposant de capacités établies.
Cependant, avec des principes d’exploitation allégés, des contrôles des coûts et une fabrication et une fourniture juste-à-temps en tête, certaines usines automobiles cherchent à intégrer les capacités de traitement thermique en interne et sur site. Et, grâce à cette association de la commande de processus numérisée et des jumeaux numériques, ECM Technologies a rendu cela parfaitement réalisable, avec de nombreux risques traditionnels éliminés avant l’installation.
Défi
Le traitement thermique est un procédé complexe et multi-étapes, avec une multitude de variables de procédé qui doivent toutes être contrôlées avec précision pour maintenir la qualité et l'uniformité. Le procédé de cémentation basse pression d'ECM consiste à infuser des pièces en acier avec du carbone pour les rendre plus résistantes à l'usure et à la fatigue. Le procédé sous vide développé par l'entreprise permet aux opérateurs de contrôler précisément la quantité de carbone diffusée dans le métal en contrôlant de multiples variables, notamment la durée de chaque étape et la pression de vide, qui est essentielle.
Selon Christian Dugit-Pinat, expert en automatisation chez ECM Technologies : « Il y a plusieurs étapes. Tout d'abord, les pièces sont lavées avant le traitement thermique et durcies sous vide grâce à la cémentation, qui peut durer jusqu'à 6 h. Les pièces sont ensuite refroidies rapidement par trempe à l'huile ou au gaz avant le revenu et le traitement final. Au total, cela peut représenter environ 10–13 h de traitement pour créer un composant de réducteur automobile typique.
« Nos installations de traitement thermique électriques ont une conception multi-chambres », ajoute-t-il, « de sorte que plusieurs pièces avec leurs “recettes” de traitement thermique respectives et souvent uniques peuvent progresser en parallèle sur la ligne, avec entre 50 et 80 charges en transition à tout moment. Chacune de ces charges doit être contrôlée et gérée individuellement pour garantir des niveaux de qualité maximum. »
Solution
L'automatisation moderne est plus que capable de gérer ces usines dans des paramètres optimisés, mais la conception, l'installation et la mise en service sont une autre affaire, avec de nombreux problèmes et améliorations qui ne deviennent évidents que pendant les phases de démarrage.
« Nous avons été mandatés pour installer l'un de nos systèmes de cémentation sous vide ICBP Jumbo dans une grande usine automobile au Mexique », explique Philippe Reymond, chef de projet chez ECM Technologies. « Nous avons été confrontés à un certain nombre de défis supplémentaires : non seulement nous devions mettre la production en route le plus rapidement possible, mais le client nous a également demandé d'utiliser son logiciel standard, ce qui nécessitait une réécriture complète de notre code existant. Ajoutez à cela les délais et les complexités normaux d'une commande de cette envergure et nous savions que nous avions du pain sur la planche. Nous avons donc commencé à étudier des moyens de rationaliser le projet et de le déployer plus rapidement. »
ECM avait envisagé la technologie du jumeau numérique comme solution possible à ces besoins, et ce projet a donné l'impulsion à l'entreprise pour déployer activement le logiciel Emulate3D de Rockwell Automation.
« Lorsque nous avons eu cette installation au Mexique en perspective, nous avons décidé d'effectuer quelques simulations à l'aide d'Emulate3D avec l'aide des ingénieurs de Rockwell Automation », explique M. Reymond. « Ce projet était énorme, et la réécriture et le test du code de l'automate sur un projet construit étaient complètement irréalistes du point de vue du calendrier, donc un modèle virtualisé était la solution évidente.
« La virtualisation nous a offert d'énormes avantages », poursuit-il, « dont l'un était sa connectivité avec d'autres logiciels. Non seulement nous devions simuler les aspects mécaniques de la conception, mais nous devions également prendre en compte la thermodynamique, la physique des procédés et divers flux, et pour cela nous avons utilisé MATLAB, qui pouvait renvoyer les résultats directement au jumeau numérique. »
Résultat
Grâce à l'utilisation d'Emulate3D, ECM Technologies a pu simuler, affiner et finaliser la majeure partie de son code API avant la livraison de la ligne, et estime qu'en déboguant le code parallèlement à la production – plutôt que de manière linéaire, après l'installation – elle peut économiser jusqu'à cinq mois sur les délais de son projet ICBP Jumbo.
« Nous avons réalisé une installation similaire il y a sept ans, sans les solutions de commande Rockwell Automation ni son logiciel Emulate3D », ajoute M. Reymond, « et même si nous avons utilisé notre propre logiciel pour celle-ci, le projet était encore incroyablement complexe. À l'inverse, ce nouveau projet a non seulement été livré dans les délais, mais le temps de mise en service a également été réduit de 50 %. Même avec le code du client, ce second projet a été plus rapide. Il y a également eu moins de réunions sur site, ce qui a réduit les déplacements vers et depuis l'Amérique du Nord. »
ECM Technologies a depuis remporté une autre commande du client et se voit proposer d'autres opportunités. « Le client savait que nous avions écrit tout le code de ce projet à partir de zéro », explique M. Reymond, « et il a été impressionné par la rapidité de l'installation et de la mise en service. Nous cherchons maintenant à utiliser Emulate3D sur d'autres projets, dont trois sont en cours, et nous allons certainement déployer des jumeaux numériques dans le cadre de nos procédures internes. « En virtualisant nos projets, nous pouvons également gérer plus de projets simultanément, grâce à la qualité et à la rapidité des résultats et en passant simplement moins de temps dans l'usine d'un client », conclut-il.
« De nombreuses pressions ont été levées et le stress lié à la résolution des problèmes en ligne a certainement diminué, ce qui est formidable pour toutes les personnes concernées. Nous sommes également beaucoup plus confiants quant au respect des délais. Désormais, lorsque nous disons 1er juillet, nous entendons vraiment 1er juillet ! »
Publié 1 février 2024