Automatismes. Quelles technologies et méthodes pour les automatismes de demain? Session A. Simulez, il en restera toujours quelque chose!

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1 Automatismes Quelles technologies et méthodes pour les automatismes de demain? Session A Simulez, il en restera toujours quelque chose! La Simulation pour tous Applications historiques de la Simulation Calcul de structures Calculs d écoulement de fluides Démocratisation de la puissance de calcul Des capacités graphiques Nouvelles applications Conception Process Usage Président de session: Rodolphe Gelin 2

2 Applications industrielles de la réalité virtuelle Rodolphe Gelin CEA / List Présentations La simulation des automatismes dans l automobile Gérard Legoff - SEGULA Ingénierie simultanée: conception des automatismes à partir de la simulation Bernard Hoessier UGS Les similitudes et les différences de la simulation des process et des équipements Jean Brunet Sherpa Ingénierie Jacques Papon Sherpa Ingénierie Président de session: Rodolphe Gelin 3

3 Les Applications Industrielles de la Réalité Virtuelle Rodolphe Gelin CEA LIST Quelles technologies pour les automatismes de demain? décembre

4 Le «Fitting» Quelles technologies pour les automatismes de demain? décembre

5 Origine : la Téléopération à retour d effort Quelles technologies pour les automatismes de demain? décembre

6 et la Simulation Simuler un système complexe, pour vérifier son apparence son ergonomie son fonctionnement ses performances sa sécurité la possibilité de le monter la possibilité de le réparer Quelles technologies pour les automatismes de demain? décembre

7 Avantage de la RV : l Interactivité Quelles technologies pour les automatismes de demain? décembre

8 Contrainte de la RV : l Interactivité Quelles technologies pour les automatismes de demain? décembre

9 Les Futurs Défis : flexible, humain virtuel, Quelles technologies pour les automatismes de demain? décembre

10 Simulation physique Câbles Objets cassables Interaction avec les liquides, les gaz Illusions haptiques Humains virtuels plus intelligents et plus réalistes Fatigue musculaire Coopération entre plusieurs avatars Coopération à distance Quelles technologies pour les automatismes de demain? décembre

11 Automatismes Quelles technologies et méthodes pour les automatismes de demain? Session A Simulez, il en restera toujours quelque chose! Les Applications Industrielles de la Réalité Virtuelle Rodolphe Gelin CEA LIST

12 Le «Fitting» Origine : la Téléopération à retour d effort

13 et la Simulation Simuler un système complexe, pour vérifier son apparence son ergonomie son fonctionnement ses performances sa sécurité la possibilité de le monter la possibilité de le réparer Avantage de la RV : l Interactivité

14 Contrainte de la RV : l Interactivité Les Futurs Défis : flexible, humain virtuel,

15 Simulation physique Câbles Objets cassables Interaction avec les liquides, les gaz Illusions haptiques Humains virtuels plus intelligents et plus réalistes Fatigue musculaire Coopération entre plusieurs avatars Coopération à distance

16 Automatismes Quelles technologies et méthodes pour les automatismes de demain? Session A Simulez, il en restera toujours quelque chose! Simulation des Automatismes dans l Automobile Gérard LE GOFF de SEGULA

17 Simulation des Automatismes dans l Automobile Les Besoins : Diminution de la durée du Démarrage des Installations Maitrise des Standards Fonctionnel Client. Fiabilisation Process Fiabilisation du Diagnostique Simulation des Automatismes dans l Automobile La Modélisation : Données d Entrée Claires et Complète Schéma Electrique Analyse Fonctionnelle Diagrammes de Cycle Synoptiques Machine

18 Simulation des Automatismes dans l Automobile La Modélisation : Données de Sortie Ergonomique Définition Pupitres et IHM Synoptiques Machine Définition Machines Champs de Données (Etiquettes, Codes Barres, Etc ) Echanges Inter Process Simulation des Automatismes dans l Automobile La Simulation : Equipements Automate équipé d un Port ou Carte de communication IHM (Autant que dans l Application à Simuler) Carte ou Coupleurs Spécifique (EPR, Code Barre, Etc ) PC Simulateur PC Programmation PC Réseau Informatique de Cadencement ou Supervision

19 Simulation des Automatismes dans l Automobile La Simulation : Communication Simulateur / Automate Configuration Communication (Bus de Terrains, Ethernet) Intégration Blocs Fonctionnel (Siemens) Simulation des Automatismes dans l Automobile La Simulation : Tests Ordonnés Tête de Filerie Marche Manuelle Marche Automatique Validation Process Messagerie IHM Simulation Pannes

20 Simulation des Automatismes dans l Automobile Intégration sur Site : Tests Préliminaire Statique et Dynamique Tête de Filerie et Sécurité Entrées Sorties Sécurisation Actionneur (Interférences Mécanique) Paramétrage Variateur, Capteurs et Actionneurs Numérique ou Analogique Optimisation Durées Mouvements Simulation des Automatismes dans l Automobile Intégration sur Site : Tests Fonctionnel Marche Automatique à Vide Arrêts et Redémarrage Optimisation Performances Marche A Vide Endurance Validation Marche Automatique avec Pièces

21 Simulation des Automatismes dans l Automobile Bilan Simulation : Apports Maitrise Standard Programmation Client (Blocs Fonctionnels) Diminution significative Durée Validation Programme Automate sur Site Possibilité de Re-simuler pendant que l installation produit afin Recréer des Situations d incidents (Process ou de Flux). Fiabilisation Messagerie IHM Recyclage Installation même pour des cas de figure qui n arriverons jamais. Simulation des Automatismes dans l Automobile Bilan Simulation : Apports Peu Exploités Test d évolutions Process avant engagement des Etudes. Formation du Personnel à la Conduite d Installation et au Dépannage

22 Simulation des Automatismes dans l Automobile Bilan Simulation : Non Apports Sécurisation de la mécanique. Pas de Garanti du Temps de Cycle. Pas de Garanti Performance de l Installation (seulement l automatisme, pas la mécanique ni les actionneurs). Performance du Modèle et de la simulation non Garanti Pérennité du Modèle dans la vie de l installation. Simulation des Automatismes dans l Automobile Conclusion : Coût Selon la taille ou la fonction de l installation simulée le surcoût du modèle n est pas compensé par le gain au démarrage (Ilots Simple ou Présence Automaticien Imposée jusqu à réception) Fiabilité du Modèle Selon le niveau des Données d Entrée ou le Maintient à Jour Fiabilité de la simulation Selon la configuration du Matériel de Simulation (PC, Bus, API) Selon les compétences de l automaticien

23 Simulation des Automatismes dans l Automobile PROPOSITIONS : Prise en compte des Données Réelles après démarrage Remonté au Modèle des temps Effectif Actionneurs Génération Semi Automatique Modèle Génération du Modèle Tête de Filerie (Passerelle Schématique) Génération Mouvements et Actionneurs (Passerelle Diagramme de Cycle)

24 LA SIMULATION DANS LE DEPLOIEMENT DE SHERPA ENGINEERING rue de la Garenne Nanterre info@sherpa.com Jean BRUNET - Jacques PAPON LA Le régulateur s appuie sur un modèle dont les équations sont intégrées dans le régulateur. Un objectif intermédiaire est défini le long de la trajectoire future désirée à un horizon H de l instant présent Le modèle utilisé par le régulateur est une représentation mathématique des relations dynamiques entrées / sorties. Qu il s appuie sur des bases physiques ou qu il ne soit qu une boîte noire, le modèle a un comportement voisin de celui du procédé. Entrée PROCEDE MODELE Sortie procédé Sortie modèle Consigne H Mesure actuelle passé futur Trajectoire future désirée Objectif intermédiaire

25 La mise en œuvre de comprend plusieurs phases dans lesquelles la modélisation et la simulation sont des points essentiels. Ces phases sont plus ou moins importantes selon : - le secteur industriel - le système de conduite Deux exemples permettent de comparer ces phases dans deux secteurs industriels différents : - l industrie manufacturière - l industrie de process INDUSTRIE MANUFACTURIERE INDUSTRIE DE PROCESS Objectif initial : Pilotage d une climatisation Intégration de la loi de commande dans l environnement du véhicule Validation et tests de performances Objectif initial : Pilotage du four Intégration de la loi de commande dans le système de conduite Validation et tests de performances

26 INDUSTRIE MANUFACTURIERE INDUSTRIE DE PROCESS Résultat attendu : Loi de commande validée, intégrée dans l architecture des calculateurs véhicule Résultat attendu : Loi de commande validée, intégrée dans le système de conduite du four (automate) INDUSTRIE MANUFACTURIERE INDUSTRIE DE PROCESS Points durs : Points durs : Procédé : Système complexe non linéaire Intégration : Contraintes hardware et software Procédé : Système multivariable non linéaire Intégration : Contraintes hardware

27 RESOURCES INGENIERIE SYSTEME ORIENTE MODELE Expression de besoins Analyse fonctionnelle MIL Model in the loop PR Prototypage rapide SIL Software in the loop Models Tests Plan Outils HIL Sur site RIL Real in the loop Hardware in the loop ECU Harware design Cold loop HVAC Cabin Pump fan command Speed compressor Cubic capacity of compressor Mixing command Distribution command Recycling command SYSTEME DE COMMANDE DE CLIMATISATION Système de climatisation automobile

28 Analyse O2 Mesure de températures Injection de fuel Injection de fuel Arrivée des boues Arrivée d air (débit, temp.) Four d incinération de boues INDUSTRIE MANUFACTURIERE Phase 1: MIL Modélisation du système opérant CLIMATISATION Conception de la loi de commande dans un environnement de développement Equations thermodynamiques Blocs fonctionnels de régulation A C C A P T T Modèle du système opérant Modèle de la loi de commande Validation M I L (Model In the Loop) A C T C A P T

29 INDUSTRIE de PROCESS Phase 1: MIL Modélisation du FOUR Conception de la commande dans un environnement de CAO Equations thermique & combustion Modèle du four Blocs de régulation multivariable Structure de commande M I L (Model In the Loop) INDUSTRIE MANUFACTURIERE INDUSTRIE DE PROCESS Phase 1: MIL La faisabilité est établie La loi de commande prédictive par modèle est conçue La pré-calibration est faite en simulation La robustesse de la régulation est testée en présence de dégradations Les modes de repli et modes dégradés sont testés

30 INDUSTRIE MANUFACTURIERE Phase 2 : Prototypage Modèle de la loi de commande Génération de code E X T E R N A L I S A B L E Loi de commande compilée pour prototype Validation du modèle de commande Carte interface AUTOBOX RESEAU INDUSTRIE de PROCESS Phase 2 : Prototypage S I L A C I B L E E S T U N A U T O M A T E. S I N O N P H A S E 5 Structure de commande Intégration simplifiée dans un PC dédié Test de la commande proto sur le procédé réel

31 INDUSTRIE MANUFACTURIERE INDUSTRIE DE PROCESS Résultat Phase 2: PROTOTYPAGE La loi de commande programmée et intégrée à la place d une des fonctions existantes est validée sur le système réel (ou prototype) La pré-calibration est affinée INDUSTRIE MANUFACTURIERE Phase 3 : S I L Loi de commande programmée pour prototype Génération de code dans le langage final E X T E R N A L I S A B L E Code définitif Validation du codage E X T E R N A L I S A B L E Code définitif

32 INDUSTRIE MANUFACTURIERE INDUSTRIE DE PROCESS Résultat Phase 3 : S I L Le programme de commande intégré est validé sur simulateur. Le logiciel est testé et validé en simulation avec un taux de couverture objectif. Les résultats SIL sont comparées au MIL Les écarts sont analysés. INDUSTRIE MANUFACTURIERE Phase 4: HIL (Hardware in the loop) Intégration dans une plateforme TR Intégration dans un calculateur cible Logiciel de commande CAPTEU R P L A T I N E

33 INDUSTRIE de PROCESS Phase 4 : H I L programmes de commande Intégration dans le matériel cible E X T E R N A L I S A B L E Code définitif intégré Validation de l intégration par bloc et/ou globale INDUSTRIE MANUFACTURIERE INDUSTRIE DE PROCESS Les pannes et défauts électriques sont reproduits. La communication hardware est validée. Les trames et les échanges entre calculateur et les bus sont validés. La sûreté de fonctionnement est validée. La robustesse aux temps de communication et retards est validée. Résultat Phase 4 : H I L Le programme de commande intégré est validé sur simulateur.

34 INDUSTRIE MANUFACTURIERE Phase 5 : tests constructeur Validation finale INDUSTRIE de PROCESS Phase 5 : tests producteur Tests de performances Recette

35 INDUSTRIE MANUFACTURIERE INDUSTRIE DE PROCESS Phase 5 : R I L Les exigences système sont validées - exigences de performance - exigences fonctionnelles Etudes techniques Prestations Sherpa Offre Produits/Methodes/Services Ingénierie Système Banc HIL Formation - Transfert Modélisation MIL,SIL,HIL Phigraph, Phisim Contrôle-commande HIECON, PCR,PFC

36 PHISIM : Polymorphic, Multi-Physics Libraries in Matlab/Simulink M u l t i -P h y s i c s S i m u l a t i o n PhiSim (Multi-Physics simulation toolbox) : boite à outils pour la modélisation multiports des systèmes physiques Bibliothèque de modèles HIL (Hardware In the Loop) : modèles moteurs, transmissions, refroidissement, conditionnement d air, dynamique véhicule longitudinal, réseau, Bibliothèque de contrôle prédictif Exemple de simulateur Matlab/Similink

37 Outils pour Model Based Predictive Control PFC (CAD Tool Control law generation ) Consigne PCR (Standard PLC & Simulink Blockset) H I E C O N ( Multivariable Optimisation/Régulation). Entrées procédé P R O C E D E.. Sorties procédé Consigne mesure Trajectoire future désirée contrainte Sortie prédite Instant présent Bibliothèques de commande par modèle interne Construction d architectures complexes de SCC à partir de blocs de commande standards Cascade DVs PROCESS SP EF1 MV CV Split Range Régulateur tendancé

38 MERCI POUR VOTRE ATTENTION

39 Ingénierie Simultanée: conception des automatismes à partir de la simulation Bernard Hoessler UGS Tecnomatix Directeur Robotique et Automation 5 Décembre 2006 Le Portfolio de Solutions UGS Intelligent-Ouvert-Intégré (ou Standalone) Transforming Product Development Open Solution for Manufacturing Engineering Management Evolve to 3D for competitive advantage Open software tools for standardization and interoperability Capturing and sharing product knowledge, 10 applications

40 Domain Solutions Capture, manage and leverage manufacturing process information Author a manufacturing process in an efficient and reusable manner Validate and optimize manufacturing processes Communicate, collaborate and execute manufacturing processes Industry Solutions Solutions Tecnomatix Automotive Aerospace & Defense High Tech & Electronics Industrial Machinery CPG Digital Manufacturing is integral part to fulfill PLM Digital Product Development Digital Manufacturing including Manufacturing Execution Systems Web Services JT PLM XML Digital Lifecycle Management Change Mgmt. Configuration Collaboration

41 Intellectual Assets Positioning PLM with ERP ERP Marketing Sales Production Planning Physical Assets PLM Product Concept Product Definition Product Development Product Launch Volume Production Product Retirement Virtual Product Customer Service Physical Product Apports actuels de la simulation Conception de la cellule de production Validation de l implantation et des outillages Accessibilité Temps de cycle Validation du temps de cycle mouvement (RRS1) Programmation hors ligne des trajectoires

42 Evolution des besoins (1/2) Cellules plus complexes avec liaisons entre robots Production simultanée de plusieurs variantes Evolution des besoins (2/2) Estimation du temps de cycle de l ilot Nécessité de prise en compte de la logique Simulation sur plusieurs cycles Communication mécanicien / automaticien

43 Dialogue automate robot programme principal Echange de signaux Bloc logique Dialogue robot - préhenseur Echange de signaux Bloc logique

44 Contrôle simulation Bloc logique Organisation blocs logiques Panneau de contrôle Génération automatique programme API Générateur automatique code API

45 Mise en service virtuelle Intégration mécanique, électrique et logique de contrôle Programmes robots (y compris programme principale et sous progrmees de services) Programmes API SCADA (IHM) IHM Incl. SCADA API Ecran 1 Simulation Ecran 2 Programme API on-line Simulation PC Workflow Usine Numérique Tecnomatix Base de données Process Environnement virtuel de conception process Validation des automatismes Virtuel Réel OPC (Client & Serveur) API Table des signaux Générateur Code API Échange signaux temps réel IHM

46 Bénéfices de la mise en service virtuelle Conception MécaniqueM Avant: PHL Conception Automatismes Programmation API identification tardive d erreurs TMP Montage Mise en service cellule réeller Conception Mécanique PHL Conception Automatismes Process Simulate Programmation API Commissioning: Vérification anticipation Mise en service virt. Montage Mise en service réeller t Les questions clefs Communication mécanicien automaticien Prise en compte des spécificités des contrôleurs (robot et API): générique / spécifique Structuration des données pour éliminer les reprises - adaptations