FoFdation The Foundation for the Sustainable Factory of the Future Vers une nouvelle génération de Machines à Commande Numérique Intelligentes Matthieu Rauch Jean Yves Hascoët Gilles Carabin Ecole Centrale de Nantes / IRCCyN Contributeurs: Centrale Nantes, Artis Marposs, EPFL, Delcam
Cas d étude: le Fishhead Une nouvelle pièce doit être concue, fabriquée et assemblée dans l avion. Comment faire? -2-
FoFdation The Foundation for the Sustainable Factory of the Future Approche CFAO / CN actuelle 3
Approche actuelle Chaine numérique CFAO/CN Flux d information unidirectionnel; discontinuité à l étape de post processing. Format de données désuet pour décrire les trajectoires CAD / CAM software suite G code CNC Machine Tool CAD Geometrical Model CAM Manufacturing Operations Postprocessor Tool Path Control Machining -4-
Approche actuelle Flexibilité limitée Les changements de géométrie doivent passer à travers toute la chaine numérique Modifications pied de machine difficiles à effectuer et à faire remonter CAD / CAM software suite G code CNC Machine Tool CAD Geometrical Model CAM Manufacturing Operations Postprocessor Tool Path Control Machining Pourquoi n ai-je pas reçu cette modification plus tot -5-
Approche actuelle Adaptivité limitée Passer d une machine à l autre est difficile Replanifier la production est compliqué Postprocessor 1-1 Tool Path Control CNC Machine Tool Machining CAD / CAM software suite CNC Machine Tool CAD Geometrical Model CAM Manufacturing Operations Postprocessor 1-2 Tool Path Control Machining Pourquoi ai-je augmenté mes tailles de lots Postprocessor 1-3 Tool Path Control CNC Machine Tool Machining -6-
Approche actuelle Productivité et adaptivité limitées Pas de compensation des changements de conditions lors de la fabrication Pas de source de données pour analyser le process (online et offline) Pas de protocoles sécurisés pour la documentation de process (traçabilité) Disturbances CAD / CAM software suite CAD Geometrical Model CAM Manufacturing Operations Postprocessor Tool Path Control CNC Machine Tool Machining Pourquoi n ai-je pas assuré mes machines -7-
Approche actuelle Productivité limitée Simulation du process basée sur des machines parfaites utilisant la vitesse d avance programmée Réglage des paramètres process optimaux impossible Temps de fabrication calculés non réalistes Simulation Feedrate (mm/min) 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Programmed Measured 0 100 200 300 400 Distance (mm) Real Part Pourquoi ai-je augmenté les avances -8-
FoFdation The Foundation for the Sustainable Factory of the Future Contributions du projet Fofdation 9
Cadre de l étude Objectifs Accroitre flexibilité, adaptivité et productivité pour l industrie aéronautique Flexibilité Echanger les informations facilement grâce à une integration proche des systèmes Prendre des décisions à la dernière minute en fonction de l état de production et des priorités Adaptability Prendre en comptes les imprévus Préparers les PME aux solutions de fabrications innovantes Productivity Augmenter la qualité grâce à une approche première pièce bonne Réduire les montées en gamme Partenaires impliqués -10-
Modules développés Smart Machine Controller (SMC) Directeur de Commande Numérique de nouvelle génération capable de mettre en oeuvre la fabrication la plus efficace possible Machine Tool 1 with SMC Tool Path Control Machining STEP-NC Program file Tool Path Control Machine Tool 2 with SMC Machining Tool Path Control Machine Tool 2 with SMC Machining -11-
Modules développés Smart Manufacturing Optimizer (SMO) Génération hors ligne de trajectoires optimisées et réalistes permettant une surveillance en ligne pour assurer productivité et qualité de produit -12-
FoFdation The Foundation for the Sustainable Factory of the Future Utilisation de l approche de programmation haut niveau STEP NC 13
Création des données de fabrication et de planification de process Approche STEP NC orientée objet FoFdation SPAIM STEP NC sketcher CAD model (STEP) SPAIM STEP-NC sketcher STEP-NC program file Allowed manufacturing processes Manufacturing Expert s Knowledge Monitoring strategy -14-
Principes de STEP NC Une chaine numérique CFAO/CN intégrée Pas de pertes d information Echanges de données bidirectionnels Intéropérabilité et généricité -15-
FoFdation SPAIM STEP NC Sketcher Creation du fichier STEP NC à partir du modèle CAO Génération pas à pas des opérations avec une interface conviviale Sur poste CFAO ou pied de machine -16-
Adaptation à la géométrie Nouvelle maquette CAO Mise à jour du fichier STEP NC -17-
Adaptation à la machine Adaptation à l état de la machine Changement d outil de coupe Adaptation aux caractéristiques machine Changement de stratégie d usinage -18-
Changement de procédé Généricité vis à vis du procédé Fabrication possible par ajout de matière: procédé CLAD -19-
FoFdation The Foundation for the Sustainable Factory of the Future Simulation réaliste du process de fabrication 20
Simulation réaliste du process Réalisation Développement d un simulateur basé sur des modèles cinématiques réalistes du process Principes Identification des propriétés cinématiques Simulation de la vitesse réelle -21-
Simulation réaliste du process Applications Prédiction de la vitesse d avance réelle Prédiction de l état de surface -22-
Simulation réaliste du process Delcam video3.avi Simulation showing wave3 and feedrate prediction Incl. fishhead with wave Conférence EURESEARCH, 18 juin 2014-23- Grant agreement no: 260137
FoFdation The Foundation for the Sustainable Factory of the Future Surveillance temps réel du process 24
Situation du moment Sans surveillance d usinage Pas d adaptation du process en fonction des changements de conditions Pas de données pour analyser le process (online/offline) Pas de tracabilité pour la documentation de process Sans liens entre les technologies Impossible de faire remonter les données de process automatiquement vers le process planning et le management
Technologie développée CADPM (Process Monitoring): Idée: Transfert de connaissances CFAO vers le programme CN Solution: Définition en amont des paramètres d usure d outil Miseau point de la stratégie de surveillance depuis le process planning Management Bénéfices Echange d information Production CFAO/CN Assistance à l opérateur Process planning CADPM -26-
Exemples de mise en oeuvre -27-
Technologie développée MIP: pour améliorer la tracabilité et les échanges d information Idée: Fournir une synthèse automatique des données de monitoring au manager Upload Solution: Récupération d informations depuis le fichier STEP NC Journalisation des informations clefs de surveillance Bénéfice: Accessibilité des données atelier Production Process planning Management MIP -28-
Un process en boucle fermée Usinage + Surveillance Assistance à l opérateur Documentation de process Traçabilité Process planning Incl. CADPM Activation des parametres de surveillance + Verification Vérification des tolérances Comparaison avec résultats de surveillance Dissemination Management Tableaux de bord Appareils mobiles Information Pipeline Données d entrée (MIP) Information clef ex. Dropbox -29-
FoFdation The Foundation for the Sustainable Factory of the Future Conclusions 30
Scenarios d application usuels Donneur d ordre PME Demonstration 1. Airbus émet un appel d offre PME répond à l appel d offre Airbus approuve et commande PME réalise la pièce Actions PME: Reçoit les données d entrée Construit le fichier STEP-NC Simulations du process Fabrique la première pièce bonne Renvoie le dossier de fab. Productivité MIP & STEP NC SMO time estimation SMO surface quality SMO CADPM SMO process monitoring Dossier to MIP 2. Airbus émet un changement de design PME adapte la production PME livre la pièce et le dossier Actions PME : Recoit les modifications Modifie le fichier STEP-NC Simulation du process Fabrique la pièce Flexibilité STEP-NC modification 3. Airbus émet un nouvel appel d offre PME adapte la production PME livre la pièce et le dossier Actions PME : S adapte au contexte Fabrique la pièce Adaptabilité Change of machine Change of milling strategy
Synthèse des contributions Une nouvelle génération de DCN Programmation avancée STEP NC sur machines industrielles Trajectoires explicites générées par le SMC pied de machine Outils de simulation intégrés Mise en place d approches adaptatives Surveillance temps réel du process Intégration CFAO/CN Surveillance du process Un process optimisé grâce à la simulation Un démonstrateur déployé à échelle industrielle Implémentation du SMC sur DCN propriétaires et ouverts Une kit SMC SMO prêt à l usage (équipement + méthodes )
Pour plus d information www.fofdation project.eu jean yves.hascoet@irccyn.ec nantes.fr FoFdationProject @FoFdation The partners want to acknowledge and thank the European Commission for supporting the FoFdation project