Smart Factory par Fraisa « Smart Factory » : plus qu'un concept, un état d'esprit

de Gilles Bordet

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Le fabricant suisse d'outils de coupe Fraisa se démarque par de très hautes exigences technologiques et une ingénierie créative. Ses outils sont conçus pour répondre aux exigences les plus pointues en matière d'Industrie 4.0.

Stefan Gutmann, responsable de la production et membre de la direction chez Fraisa SA.
Stefan Gutmann, responsable de la production et membre de la direction chez Fraisa SA.
(Source : Fraisa SA)

Qui dit outils de coupe à haute performance dit également chaîne de production ultra-moderne. Pour atteindre le haut degré de qualité nécessaire à la fabrication d'outils de coupe performants, une usine moderne, mais surtout intelligente est essentielle. Dans ce domaine Fraisa est une référence. En effet son site de production applique avec succès les concepts les plus récents de la « smart factory ». Pour en savoir plus sur ce sujet passionnant nous avons donné la parole à Stefan Gutmann, responsable de la production et membre de la direction chez Fraisa SA.

Du point de vue de Fraisa qu’est-ce qu’une « Smart Factory » ?

S. Gutmann : Les systèmes cyber-physiques et la mise en réseau intelligente des machines et des produits constituent la base de la Smart Factory. Dans la Smart Factory, on sait à tout moment où se trouvent exactement les ordres de fabrication dans le processus et quel est leur statut. Chez Fraisa, nous parlons d'une production autonome qui produit en continu le jour, la nuit et les week-ends, c'est-à-dire 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, et ce avec des collaborateurs travaillant uniquement de jour. Pour cela, il faut un flux de marchandises continu et automatisé d'un bout à l'autre de la chaine de production. Il en résulte une production avec des temps de passage très courts et un encours de fabrication minimal. Une surveillance des machines, des processus, de la qualité et des données de mesure sert de base à une amélioration continue ciblée et à une maintenance prédictive. Un contrôle des puissance consommées en fait également partie, afin de pouvoir analyser et optimiser l'efficacité énergétique. La traçabilité des lots de matières premières du fournisseur jusqu'à l'outil livré au client est une exigence du marché. L'important, c'est que l'homme reste au centre des préoccupations, car sans nos collaborateurs, rien n'est possible !

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Dans le concept de l’usine intelligente la communication et l’interconnectabilité entre les diverses installations sont primordiales. Quels sont les défis à relever pour permettre ce dialogue entre des composants software et hardware d’origines et de marques très diverses ?

S. Gutmann : Cela représente le plus grand défi pour une entreprise de taille moyenne disposant d'un parc de machines et d'installations existant. Celles-ci sont d'âges différents et reposent donc sur des plates-formes technologiques différentes. Pour répondre aux exigences de la Smart Factory, Fraisa a décidé d'introduire un Manufacturing Execution System (MES). La communication avec les machines via le MES s'effectue au moyen d'interfaces OPC UA standardisées. À cela s'ajoute un autre grand défi : les compétences spécialisées dans le domaine de l'ERP, de l'informatique et de la technique des systèmes doivent être mises en place ou développées en interne.

Dans une usine intelligente la nécessité de partager certaines données avec des tiers pour assurer le fonctionnement d’un tel écosystème connecté est essentielle. Y-a-t-il des risques en termes de propriété intellectuelle pour une entreprise comme la vôtre ?

S. Gutmann : J'aimerais expliquer cela en prenant l'exemple de la technologie de revêtement de surface appliquée à nos outils. Toutes nos installations pour le revêtement sont connectées directement chez le fabricant via une application. Dès qu'un message d'erreur apparaît, il est transmis à la « hotline » du fabricant de l'installation. Il peut alors prendre immédiatement les mesures qui s'imposent. Cela permet d'une part d'éviter la perte de lots lors des procédés de revêtement et, d'autre part, le fabricant obtient un bon aperçu de la fréquence des erreurs et peut lancer des opérations de service préventives, de sorte que la disponibilité des installations reste très élevée. Il est théoriquement possible que ces réseaux soient attaqués et que des informations soient piratées. Mais pour le hacker, ces informations n'ont que peu de valeur s'il ne dispose pas des installations correspondantes. Pour Fraisa, les avantages de la mise en réseau sont énormes et le risque de perte d'IP est considéré comme faible.

Les futurs défis à venir nécessiteront des solutions globales. Fraisa est-elle intégrée à un réseau d’innovation avec des universités ou d’autres partenaires industriels ?

S. Gutmann : Oui, on peut dire ça, Fraisa est impliquée dans un grand réseau d'innovation. Cela inclut la participation à des associations telles que Swissmem ou VDMA en Allemagne. Pour maintenir l'innovation à un niveau élevé, nous entretenons une étroite collaboration avec les hautes écoles, les hautes écoles spécialisées et Innosuisse. Grâce à cette collaboration intensive, des travaux d'étudiants, de bachelor et de master peuvent toujours être attribués par notre entreprise. Ceux-ci offrent une excellente opportunité de recruter de futurs spécialistes qualifiés et de rester ainsi toujours à la pointe de la technologie qui évolue rapidement.

Les jumeaux numériques sont d’une grande aide lorsqu’il s’agit de simuler et d’optimiser des processus de fabrication. Est-on capable aujourd’hui de simuler efficacement de manière virtuelle le travail d’un outil de coupe dans un matériau quelconque ?

S. Gutmann : Pour répondre correctement à cette question, il faut la diviser en deux parties. Le jumeau numérique représente exactement la géométrie de l'enveloppe de l'outil. En combinaison avec les données d'application précises de l'outil, qui sont mises à disposition par Fraisa pour un immense choix de matériaux via ToolExpert, il est possible de réaliser des simulations FAO très précises et d'optimiser les simulations existantes. Le jumeau numérique ne contient pas de géométrie de coupe exacte, sinon le fichier pour la simulation FAO serait trop grand et la simulation beaucoup trop lente. La simulation des processus d'usinage est aujourd'hui principalement réalisée dans les départements de développement des fabricants d'outils ou dans les écoles supérieures et les universités. Les simulations de processus d'usinage sont très rarement utilisées pour optimiser les processus de production, car non seulement les temps de calcul sont très longs, mais il faut également disposer de connaissances très pointues en matière d'usinage.

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Votre production d’outils est déjà hautement automatisée. Diriez-vous que Fraisa a terminé sa transition numérique ou y-aura-t ’il toujours quelque chose à faire dans ce domaine ?

S. Gutmann : Aujourd'hui, Fraisa a déjà automatisé une grande partie de ses processus de fabrication dans les domaines de la technique de rectification, de la préparation des arrêtes de coupe, de la gestion des matières premières, de la technique de mesure, de la technique d'affûtage, du marquage laser, de l'emballage et de l'étiquetage avec la technologie robotique. La prochaine étape consistera à mettre en place d'autres processus tels que le nettoyage et un entrepôt de matières premières entièrement automatisé. Le grand défi pour l'avenir est la mise en réseau numérique et physique de toutes ces étapes via l'IoT. Un élément clé est une intralogistique autonome et autorégulée avec des AGV (systèmes de transport sans conducteur) ou des systèmes robotisés mobiles. Pour atteindre ces objectifs, les exigences dans le domaine informatique augmentent et des compétences supplémentaires ainsi que de nouveaux partenariats doivent être développés. En ce qui concerne la transformation numérique vers une Smart Factory, définie comme un environnement de production qui s'organise de manière totalement autonome dans l'esprit de l'industrie 4.0, nous ne sommes qu'au début de cette évolution passionnante.

Les outils de coupe à haute performance de Fraisa nécessitent des stratégies d’usinage spécifiques. Quels sont vos partenaires en matière de FAO qui intègrent vos procédés ?

S. Gutmann : Fraisa collabore avec de nombreux grands fabricants de FAO tels que MasterCam, Siemens, Openmind, etc. L'objectif est de développer une interface qui permette aux clients de charger en quelques clics les données géométriques et techniques d'application du ToolExpert dans le système FAO. Cela permet d'éviter les erreurs de transfert manuel et d'accélérer considérablement le processus de simulation.

Vos processus d’usinage sont constamment optimisés dans vos centres d’essais. Pourriez-vous nous en dire plus au sujet des « Feature Based Milling Systems » de Fraisa ?

S. Gutmann : Avec « Feature Based Milling Systems » le client qui souhaite par exemple fabriquer le plus efficacement possible un composant à parois minces pourra le faire simplement. Pour cela, ToolExpert fournit des stratégies d'ébauche, de semi-finition et de finition avec les données d'application correspondantes, qui sont exactement adaptées aux outils, de sorte que les pièces à parois minces, par exemple, peuvent être fabriquées de manière très efficace. Cela représente un gain de temps considérable pour les clients, car les essais préliminaires coûteux ne sont plus nécessaires.

Avez-vous un exemple concret des avantages pour les utilisateurs de votre application de données de coupe en ligne ToolExpert 2.0 ?

S. Gutmann : Eh bien, plus de 2 millions d'accès certifiés au ToolExpert par an, c'est en fait une recommandation en soi. Les effets positifs concernent l'ensemble de la clientèle de Fraisa. Cela signifie que l'ensemble de notre clientèle utilise désormais ces données avec succès au quotidien. ToolExpert fournit des données d'application qui sont parfaitement adaptées à l'outil. Cinq centres d'usinage fonctionnent en interne et ne déterminent que ces données de coupe lors de tests réels. Pour l'utilisateur, cela signifie « Plug and Play » ! Il peut être sûr que les outils fonctionnent de manière très efficace et économique avec ces données de coupe, ce qui permet au client de gagner beaucoup de temps.

La gestion des stocks d’outillage est également un sujet important au sein d’une usine intelligente. Quels sont les bénéfices qu’une entreprise retire lorsqu’elle utilise votre système de gestion des outils ToolCare ?

S. Gutmann : Les avantages de ToolCare pour nos clients sont nombreux. Le client dispose d'un stock de consignation et ne paie donc que pour les outils qu'il utilise dans ses processus de fabrication. Avec ce stock à disposition sur site, il dispose également d'une excellente disponibilité des outils. Les références du stock sont commandées et réapprovisionnées chez Fraisa de manière entièrement automatique.

Comment votre service de réaffûtage des outils usagés Fraisa ReTool permet-il de réduire son impact environnemental et peut-on utiliser un outil reconditionné avec les mêmes paramètres de coupe qu’un outil neuf ?

S. Gutmann : Avec le service de reconditionnement Fraisa ReTool, nous apportons une contribution importante à la réduction des coûts et de l'impact environnemental. Nous garantissons à nos clients que les outils reconditionnés avec ReTool offrent 100 % des performances des outils neufs, et ce pour 50 % du prix. Le client peut ainsi réduire ses dépenses d'outillage de 30 % en moyenne.

En outre, il réduit considérablement son empreinte carbone. Le réaffûttage d'un outil usagé ne génère que 10 % des émissions de CO2 nécessaire à la fabrication d'un nouvel outil. Outre l'économie de coûts et la réduction des émissions de CO2 chez le client, les ressources naturelles limitées sont également préservées.

Une des demandes qui revient le plus fréquemment chez les fabricants comme chez les sous-traitants c’est la possibilité de fabriquer des produits en lot unitaire de manière efficace. Cela nécessite des temps de programmation, de mise en train et des cycles d’usinage les plus courts possibles. Quelles solutions offre Fraisa dans ce domaine ?

S. Gutmann : Fraisa développe des outils haute performance qui se distinguent par une longue durée de vie et des taux d'enlèvement de copeaux très élevés. Cela signifie une grande sécurité des processus et des temps d'usinage courts. Fraisa fournit pour chaque outil des données d'application précisément adaptées via ToolExpert, ce qui évite aux clients de perdre du temps en essais préliminaires coûteux. Fraisa collabore avec des fabricants de FAO renommés pour exporter les données géométriques du Digital Twin ainsi que les données d'application du ToolExpert vers la FAO. Cela signifie un gain de temps significatif pour les clients et une réduction radicale des éventuelles erreurs de saisie.

Pour générer des données il faut impérativement des capteurs. Aujourd’hui les outils de coupe sont les parents pauvres dans ce domaine. Sera-t-il possible un jour d’intégrer directement des capteurs au cœur des outils de coupe ou cela reste du domaine de la science-fiction ?

S. Gutmann : À l'heure actuelle, nous pouvons dire que cela n'est plus de la science-fiction. Fraisa travaille déjà avec des partenaires sur des puces RFID qui peuvent être appliquées sur les outils afin d'enregistrer les temps d'utilisation et les paramètres de processus spécifiques à l'outil.

Dès que cette technique sera disponible, il sera possible d'intégrer dans les puces RFID des capteurs qui enregistreront par exemple les vibrations des outils. L'un des principaux défis de la mise en œuvre de cette technologie est le reconditionnement des outils car les températures élevées nécessaires aux procédés de revêtement peuvent endommager les composants électroniques.

Vos outils de coupe atteignent des degrés de performances qui semblaient encore utopiques il y a 10 ans. Y-a t-il encore une marge de progression importante à ce niveau ou commence-t-on à atteindre les limites physiques des outils de coupe ?

S. Gutmann : Les utilisateurs souhaitent fabriquer des pièces le plus efficacement et le plus rapidement possible. Dans ce contexte, l'outil n'est qu'un composant parmi d'autres. C'est dans ce contexte que Fraisa a créé un groupe de travail avec GF Machining Solutions, Blaser Swisslube et Regofix afin d'optimiser toute la chaîne de processus.

Le premier projet commun GR3 (usinage du graphite) a déjà montré que d'énormes potentiels d'optimisation sont possibles, qui vont bien au-delà de l'optimisation individuelle d'un outil.

MSM

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