Aujourd'hui, les équipementiers de systèmes de fabrication et les utilisateurs finaux d'automatisation sont constamment à la recherche de progrès technologiques pour leur faciliter la vie. Les innovations de l'Industrie 4.0 ont donné naissance à une nouvelle classe de technologies intelligentes qui combinent l'électronique numérique et les interfaces de communication pour plus de sophistication, de fonctionnalité et de facilité d'utilisation.

Alors que de plus en plus d’entreprises manufacturières adoptent une technologie adaptée à l’Industrie 4.0, les technologies émergentes de mécatronique intelligente confèrent aux machines une intelligence et une polyvalence accrues. Ces systèmes avancés sont également plus faciles à spécifier, commander et déployer que les options précédentes, augmentant ainsi leur valeur pour les OEM et les utilisateurs finaux.

Comprendre les capacités de la mécatronique intelligente peut aider les ingénieurs concepteurs de systèmes à déterminer la meilleure façon d'exploiter cette mécatronique pour rendre leurs solutions de fabrication hautement compétitives.

La mécatronique moderne est intégrée et polyvalente

La mécatronique est un système et des sous-ensembles qui combinent des composants mécaniques et électroniques disparates en solutions dédiées à des tâches spécifiques. Dans le monde du mouvement, deux exemples sont l'assemblage et le transport de produits assurés par des systèmes de mouvement linéaire mécatronique et des robots cartésiens. Le cœur de la mécatronique est l’intégration étroite des moteurs électroniques, des commandes, des capteurs et des composants linéaires. La mécatronique pourrait être considérée comme un précurseur des technologies de l’Industrie 4.0.

La mécatronique intelligente pousse le concept plus loin en prenant la forme de solutions complètes intégrant des capteurs avancés et des plates-formes de contrôle conviviales. Ces systèmes donnent :

• Données en temps réel sur les performances de la machine
• Données en temps réel sur la qualité de fabrication, le cas échéant
• Contrôle précis et exécution des séquences de mouvements
• Suivi automatisé des données de production et du débit
• Connectivité facile avec les systèmes de gestion au niveau de la machine et à l'échelle de l'usine

Première étape de la mécatronique intelligente : configuration en ligne

La mécatronique intelligente est plus rapide et plus facile à concevoir et à mettre en service que les systèmes mécatroniques précédents. C'est utile car la mécatronique est par nature assez complexe – exigeant la prise en compte et le dimensionnement simultanés de plusieurs composants linéaires, entraînements, contrôleurs et interfaces opérateur… puis leur combinaison minutieuse.

La première étape de la spécification, de l'achat et de la mise en service d'une machine mécatronique intelligente consiste à tirer parti des outils en ligne accessibles via les portails des fournisseurs. Ces outils de configuration permettent aux ingénieurs de construire des systèmes intelligents prêts à fonctionner « prêts à l'emploi » avec un minimum de programmation… et sont donc peut-être plus utiles aux ingénieurs ayant juste une compréhension de base de l'actionnement électrique et fluidique (y compris le mouvement linéaire) et des commandes de mouvement. Les utilisateurs saisissent des paramètres tels que la course, le poids de la pièce et le temps de cycle, qui génèrent ensuite un résultat pouvant être vérifié dans l'environnement de CAO de l'outil en ligne. Grâce aux invites de dimensionnement et de configuration suivantes, tous les composants de la solution mécatronique complète, tels qu'un robot cartésien, une presse ou une machine d'assemblage, peuvent être spécifiés en une seule fois. Il s'agit d'une option qui permet aux ingénieurs d'obtenir une solution complète auprès d'un seul fournisseur, en recevant un système intégré livré avec des séquences de mouvements préprogrammées, prêtes à être mises en œuvre en mode plug-and-product.

Contrôle opérationnel plus intelligent et plus simple

La mécatronique intelligente peut améliorer la productivité et la flexibilité, généralement grâce à des processus de production « transparents » — avec des capteurs pour la surveillance de l'état en temps réel.

Il suffit de considérer comment certains fabricants proposent des kits de fonctions mécatroniques spécifiques à certaines opérations pour prendre en charge une telle surveillance. Par exemple, un kit fonctionnel pour une machine à presser peut inclure un cylindre électromécanique, un servomoteur, un moteur, un contrôleur, des capteurs et un logiciel opérateur pour prendre en charge les opérations d'assemblage de pressage et d'assemblage. Les machines construites à l'aide d'un tel kit fonctionnel sont faciles à mettre en œuvre, car les composants sont livrés avec un logiciel d'exploitation préinstallé… et un paramétrage automatique prêt à fonctionner sur le servovariateur — aucune connaissance en programmation de contrôle de mouvement n'est donc nécessaire pour mettre la machine en ligne. Le logiciel dispose d'une interface utilisateur graphique (GUI) par glisser-déposer qui permet aux opérateurs de créer de manière intuitive des séquences de production, comme par exemple enfoncer des roulements à billes dans un boîtier.

De plus, la machine peut être équipée d'un capteur de force intégré pour mesurer et suivre les opérations. Par exemple, de tels capteurs dans une application de presse à roulements pourraient suivre l'actionneur linéaire pour garantir qu'il applique exactement la bonne force pour insérer les billes dans leur boîtier de roulement. Parallèlement, les contrôles du système peuvent également exécuter un contrôle qualité en garantissant que les actionneurs exécutent correctement leurs séquences contrôlées avec précision. Comme de telles séquences sur une machine à presser se répètent généralement des centaines, voire des milliers de fois par heure, le contrôleur du système enregistre puis transmet pour stockage les mesures de chaque cycle de mouvement. Les opérateurs peuvent ensuite utiliser les outils du package de contrôleur pour créer des visualisations des résultats du processus. Ceux-ci pourraient déterminer si les forces de pression ont dépassé ou non les seuils du processus… et permettre aux opérateurs d'analyser les courbes force-déplacement en temps réel sur leurs postes de travail. Ces données permettent aux opérateurs de machines expérimentés de maintenir une qualité de fabrication et une productivité optimales sans aucune programmation spécialisée ni développement d'analyses de qualité par des ingénieurs logiciels experts.

En outre, les données peuvent également être exportées via des interfaces système vers des systèmes d'analyse de fabrication à l'échelle de l'usine ou basés sur le cloud… faisant du système mécatronique intelligent un composant intégral de la plate-forme Industrie 4.0 d'une entreprise.

Des capacités similaires sont également déployées pour d'autres scénarios d'automatisation industrielle, notamment des systèmes de mouvement linéaire tels que des robots de manipulation cartésiens pour les opérations de prélèvement et de placement ou de transport. Ils utilisent des outils de configuration en ligne similaires pour dimensionner et spécifier tous les modules linéaires, actionneurs et effecteurs finaux, câblage, capteurs, entraînements électriques et contrôleurs nécessaires aux systèmes de manutention complets.

Applications mécatroniques intelligentes en action

La mécatronique intelligente démontre comment une technologie sophistiquée peut résoudre plus simplement des problèmes d’ingénierie complexes. Dans un scénario industriel courant, les constructeurs de machines ont généralement essayé de développer leurs propres assemblages mécatroniques en commandant et en intégrant des composants séparés : actionneurs linéaires, contrôleurs, alimentations, effecteurs finaux et bien plus encore. Ce processus est souvent fastidieux et prend du temps.

Dans de nombreuses entreprises ou intégrateurs de systèmes, il est courant que le groupe d'ingénierie mécanique soit responsable de la spécification et de la commande d'un ensemble de composants tandis que le groupe électrique commande ses composants. De telles dispositions sont plus difficiles pour le service des achats, et le personnel d'ingénierie est chargé de faire en sorte que tout s'emboîte physiquement et de le programmer pour garantir qu'il fonctionne comme spécifié.

Le concept de mécatronique intelligente change ce paradigme et, ce faisant, libère les ingénieurs afin qu'ils puissent consacrer du temps et des ressources à des problèmes de conception plus complexes et plus exigeants. Il ne fait aucun doute que les avantages offerts par la technologie mécatronique intelligente aideront les fabricants à construire davantage de systèmes prêts pour la production, dotés de la technologie d'intelligence et de capteurs intégrée pour répondre aux exigences de l'Industrie 4.0.

Bien que le concept de mécatronique intelligente soit très intuitif, il est toujours important de travailler avec des fournisseurs de mécatronique dont les portefeuilles et l'expertise en ingénierie englobent la gamme complète de composants (produits de mouvement linéaire, contrôleurs, servomoteurs et logiciels d'opérateur) nécessaires pour construire une mécatronique complète et hautes performances. solutions. Il est également important d'évaluer la qualité et la facilité d'utilisation de leurs outils de configuration, pour s'assurer que la facilité d'utilisation promise par les mouvements mécatroniques intelligents — du début à la fin — est pleinement assurée. Cela permet de garantir que les constructeurs de machines et les utilisateurs finaux peuvent pleinement exploiter les avantages du plug-and-product de la mécatronique intelligente dans leurs opérations.