Les fabricants d'équipements d'origine (OEM) et les utilisateurs finaux de systèmes d'automatisation d'aujourd'hui recherchent constamment des avancées technologiques pour simplifier leur quotidien. Les innovations de l'Industrie 4.0 ont donné naissance à une nouvelle catégorie de technologies intelligentes combinant électronique numérique et interfaces de communication pour plus de sophistication, de fonctionnalités et de simplicité d'utilisation.

Alors que de plus en plus d'entreprises manufacturières adoptent les technologies compatibles avec l'Industrie 4.0, les nouvelles technologies mécatroniques intelligentes confèrent aux machines une intelligence et une polyvalence accrues. Ces systèmes avancés sont également plus faciles à spécifier, à commander et à déployer que les solutions précédentes, ce qui renforce leur valeur ajoutée pour les équipementiers et les utilisateurs finaux.

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

La mécatronique moderne est intégrée et polyvalente

La mécatronique désigne des systèmes et des sous-ensembles combinant des composants mécaniques et électroniques disparates pour créer des solutions dédiées à des tâches spécifiques. Dans le domaine du mouvement, l'assemblage et le transport de produits assurés par des systèmes de mouvement linéaire mécatroniques et des robots cartésiens en sont deux exemples. Au cœur de la mécatronique se trouve l'intégration étroite de moteurs électroniques, de commandes, de capteurs et de 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 proposant des solutions complètes intégrant des capteurs avancés et des plateformes de contrôle conviviales. Ces systèmes offrent :

• Données en temps réel sur les performances de la machine
• Données en temps réel sur la qualité de fabrication, le cas échéant
• Contrôle et exécution précis 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 de l'usine

Mécatronique intelligente, première étape : configuration en ligne

La mécatronique intelligente est plus rapide et plus simple à concevoir et à mettre en service que les systèmes mécatroniques précédents. C'est un atout car la mécatronique est par nature très complexe : elle exige la prise en compte et le dimensionnement simultanés de multiples 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 exploiter les outils en ligne accessibles via les portails fournisseurs. Ces outils de configuration permettent aux ingénieurs de construire des systèmes intelligents prêts à l'emploi avec un minimum de programmation. Ils sont donc particulièrement utiles aux ingénieurs ayant des connaissances de base en actionneurs électriques et hydrauliques (y compris les mouvements linéaires) et en commandes de mouvement. Les utilisateurs saisissent des paramètres tels que la course, le poids de la pièce et le temps de cycle, ce qui génère ensuite un résultat vérifiable dans l'environnement CAO de l'outil en ligne. Les invites de dimensionnement et de configuration suivantes permettent de spécifier simultanément tous les composants de la solution mécatronique complète, comme un robot cartésien, une presse ou une machine d'assemblage. Cette option permet aux ingénieurs d'obtenir une solution complète auprès d'un fournisseur unique, en recevant un système intégré livré avec des séquences de mouvements préprogrammées, prêt à être mis en œuvre.

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 penser aux kits de fonctions mécatroniques spécifiques à chaque opération pour prendre en charge cette surveillance. Par exemple, un kit de fonctions pour une presse peut inclure un vérin électromécanique, un servomoteur, un moteur, un contrôleur, des capteurs et un logiciel opérateur pour les opérations de pressage et d'assemblage. Les machines construites avec un tel kit sont faciles à mettre en œuvre, car les composants sont livrés avec un logiciel d'exploitation préinstallé et un paramétrage automatique prêt à l'emploi sur le servomoteur. Aucune connaissance en programmation de contrôle de mouvement n'est donc requise pour mettre la machine en service. Le logiciel dispose d'une interface utilisateur graphique (GUI) par glisser-déposer qui permet aux opérateurs de créer intuitivement des séquences de production, comme l'insertion de roulements à billes dans un boîtier, par exemple.

De plus, la machine peut être équipée d'un capteur de force intégré pour mesurer et suivre les opérations. Par exemple, dans une presse à roulements, de tels capteurs peuvent suivre l'actionneur linéaire afin de garantir qu'il applique la force exacte nécessaire à l'insertion des billes dans leur logement. Parallèlement, les commandes du système peuvent également assurer le contrôle qualité en s'assurant que les actionneurs exécutent correctement leurs séquences précisément contrôlées. Comme ces séquences sur une presse se répètent généralement des centaines, voire des milliers de fois par heure, le contrôleur du système enregistre et stocke les mesures de chaque cycle de mouvement. Les opérateurs peuvent ensuite utiliser les outils du contrôleur pour visualiser les résultats du processus. Ces outils peuvent indiquer si les forces de pressage ont dépassé ou non les seuils du processus, et permettre aux opérateurs d'analyser les courbes force-déplacement en temps réel à leur poste de travail. Ces données permettent aux opérateurs expérimentés de maintenir une qualité de fabrication et une productivité optimales, sans programmation spécialisée ni développement d'analyses de la qualité par des ingénieurs logiciels experts.

De plus, 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 élément essentiel 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 manutention cartésiens pour les opérations de pick-and-place ou de transport. Ils utilisent des outils de configuration en ligne similaires pour dimensionner et spécifier l'ensemble des modules linéaires, actionneurs et effecteurs terminaux, câblages, capteurs, entraînements électriques et contrôleurs nécessaires à des systèmes de manutention complets.

Applications mécatroniques intelligentes en action

La mécatronique intelligente démontre comment une technologie sophistiquée peut résoudre des problèmes d'ingénierie complexes de manière plus simple. Dans le secteur industriel, les constructeurs de machines tentent généralement de développer leurs propres assemblages mécatroniques en commandant et en intégrant des composants distincts : actionneurs linéaires, contrôleurs, alimentations, effecteurs terminaux, etc. Ce processus est souvent fastidieux et chronophage.

Dans de nombreuses entreprises ou intégrateurs de systèmes, il est courant que le service d'ingénierie mécanique soit responsable de la spécification et de la commande d'un ensemble de composants, tandis que le service électrique commande les siens. Ces arrangements représentent un défi plus important pour le service des achats, et l'équipe d'ingénierie est chargée d'assembler l'ensemble physiquement et de le programmer pour garantir son fonctionnement conforme aux spécifications.

Le concept de mécatronique intelligente révolutionne ce paradigme et libère ainsi les ingénieurs, leur permettant de consacrer du temps et des ressources à des problèmes de conception plus complexes et exigeants. Les avantages offerts par la technologie mécatronique intelligente aideront sans aucun doute les fabricants à concevoir des systèmes plus productifs, dotés de l'intelligence et des capteurs nécessaires pour répondre aux exigences de l'Industrie 4.0.

Bien que le concept de mécatronique intelligente soit très intuitif, il est essentiel de collaborer avec des fournisseurs dont les portefeuilles et l'expertise en ingénierie couvrent l'ensemble des composants – produits de mouvement linéaire, contrôleurs, servomoteurs et logiciels opérateur – nécessaires à la création de solutions mécatroniques complètes et performantes. Il est également essentiel d'évaluer la qualité et la simplicité d'utilisation de leurs outils de configuration afin de garantir la simplicité d'utilisation promise par les mouvements mécatroniques intelligents, du début à la fin. Cela permet aux constructeurs de machines et aux utilisateurs finaux de tirer pleinement parti des avantages de la mécatronique intelligente, prêts à l'emploi, dans leurs opérations.