Les fabricants d'équipements d'origine (OEM) et les utilisateurs finaux de systèmes d'automatisation recherchent constamment des avancées technologiques pour simplifier leurs opérations. Les innovations de l'Industrie 4.0 ont donné naissance à une nouvelle génération de technologies intelligentes qui combinent électronique numérique et interfaces de communication pour une sophistication, une fonctionnalité et une facilité d'utilisation accrues.

Avec l'adoption croissante des technologies de l'Industrie 4.0 par les entreprises manufacturières, 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 intérêt pour les équipementiers et les utilisateurs finaux.

Comprendre les capacités de la mécatronique intelligente peut aider les ingénieurs en conception de systèmes à évaluer la meilleure façon d'exploiter ces technologies pour rendre leurs solutions de fabrication hautement compétitives.

La mécatronique moderne est intégrée et polyvalente

La mécatronique regroupe les systèmes et sous-ensembles qui combinent des composants mécaniques et électroniques hétérogènes pour créer des solutions dédiées à des tâches spécifiques. Dans le domaine du mouvement, l'assemblage et le transport de produits sont deux exemples de domaines où les systèmes de mouvement linéaire mécatroniques et les robots cartésiens sont utilisés. La mécatronique repose sur l'intégration étroite des moteurs électroniques, des commandes, des capteurs et des composants linéaires. Elle peut être considérée comme une précurseure 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 permettent :

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

Mécatronique intelligente, première étape : 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 un avantage considérable, car la mécatronique est par nature complexe : elle exige la prise en compte et le dimensionnement simultanés de nombreux composants linéaires, entraînements, contrôleurs et interfaces opérateur… puis leur assemblage précis.

La première étape pour spécifier, acheter et mettre en service une machine mécatronique intelligente consiste à utiliser les outils en ligne accessibles via les portails des fournisseurs. Ces outils de configuration permettent aux ingénieurs de concevoir des systèmes intelligents prêts à l'emploi, avec une programmation minimale. Ils sont donc particulièrement utiles aux ingénieurs possédant des connaissances de base en actionnement électrique et hydraulique (y compris le mouvement linéaire) et en commande de mouvement. L'utilisateur saisit des paramètres tels que la course, le poids de la pièce et le temps de cycle, ce qui génère un résultat vérifiable dans l'environnement CAO de l'outil en ligne. Grâce aux instructions de dimensionnement et de configuration, tous les composants nécessaires à la solution mécatronique complète (robot cartésien, presse, machine d'assemblage, etc.) peuvent être spécifiés en une seule étape. Cette option permet aux ingénieurs d'obtenir une solution complète auprès d'un fournisseur unique : un système intégré livré avec des séquences de mouvement préprogrammées, prêt à être mis en œuvre immédiatement.

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 une surveillance en temps réel de l'état du système.

Prenons l'exemple des kits mécatroniques proposés par certains fabricants pour faciliter la surveillance des opérations. Un kit pour une presse, par exemple, peut inclure un vérin électromécanique, un servomoteur, un moteur, un contrôleur, des capteurs et un logiciel opérateur pour les opérations d'assemblage par pressage et jointure. Les machines construites avec un tel kit sont faciles à mettre en œuvre, car les composants sont livrés avec un logiciel 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 la mise en service. Le logiciel dispose d'une interface graphique (GUI) intuitive, de type « glisser-déposer », permettant aux opérateurs de créer des séquences de production, comme par exemple le pressage de roulements à billes dans un logement.

De plus, la machine peut être équipée d'un capteur de force intégré pour mesurer et suivre les opérations. Par exemple, dans une application de presse à roulements, de tels capteurs peuvent suivre l'actionneur linéaire afin de garantir l'application de la force exacte nécessaire à l'insertion des billes dans leur logement. Parallèlement, le système de contrôle assure le contrôle qualité en veillant au bon déroulement des séquences de mouvement des actionneurs. Ces séquences se répétant généralement des centaines, voire des milliers de fois par heure sur une presse, le contrôleur enregistre et transfère les mesures de chaque cycle. Les opérateurs peuvent ensuite utiliser les outils du contrôleur pour visualiser les résultats du processus. Ces visualisations permettent de déterminer si les forces de pressage ont dépassé ou non les seuils définis et d'analyser en temps réel les courbes force-déplacement à leur poste de travail. Grâce à ces données, les opérateurs expérimentés peuvent maintenir une qualité et une productivité de production optimales sans nécessiter de développement logiciel spécialisé ni d'analyse de la qualité par des ingénieurs experts.

De plus, les données peuvent également être exportées via des interfaces système vers des systèmes d'analyse de production à l'échelle de l'usine ou basés sur le cloud… faisant du système mécatronique intelligent un élément à part entière de la plateforme Industrie 4.0 d'une entreprise.

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

Applications de la mécatronique intelligente en action

La mécatronique intelligente illustre comment une technologie de pointe peut simplifier la résolution de problèmes d'ingénierie complexes. Dans l'industrie traditionnelle, les constructeurs de machines ont souvent tenté de développer leurs propres systèmes 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 chez les 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. Ce type d'organisation représente un défi supplémentaire pour le service des achats, et les ingénieurs doivent veiller à l'assemblage physique et à la programmation de l'ensemble afin de garantir son bon fonctionnement.

Le concept de mécatronique intelligente bouleverse ce paradigme et, ce faisant, libère du temps et des ressources aux ingénieurs afin qu'ils puissent se concentrer sur des problématiques de conception plus complexes et stimulantes. Nul doute que les avantages offerts par la technologie de mécatronique intelligente aideront les fabricants à concevoir davantage de systèmes prêts pour la production, intégrant l'intelligence et les 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 de mécatronique dont le catalogue et l'expertise technique couvrent l'ensemble des composants nécessaires à la conception de solutions mécatroniques complètes et performantes : systèmes de mouvement linéaire, contrôleurs, servomoteurs et logiciels d'exploitation. Il est également important d'évaluer la qualité et la facilité d'utilisation de leurs outils de configuration, afin de garantir que la simplicité promise par la mécatronique intelligente soit pleinement respectée, du début à la fin. Ceci permet aux constructeurs de machines et aux utilisateurs finaux de tirer pleinement parti de la simplicité d'utilisation de la mécatronique intelligente dans leurs opérations.