Formation avec le Smart Factory Model
Rapport d’application
Le compact Smart Factory Model sert à la formation pour le développement et la simulation de process industriels selon les exigences de l’Industrie 4.0.
Apprentissage 4.0
Dans le domaine de la formation en mécatronique et technique d’automatisation, l’Industrie 4.0 prend de plus en plus d’importance. Des modèles de formation modernes aident à enseigner ces technologies aux apprentis, étudiants et enseignants. Avec des composants tels que ceux utilisés dans la production industrielle, il est possible de développer et de tester des solutions d’automatisation de complexité très variable.
Ils n’ont rien de commun avec les modèles de formation poussiéreux, tels qu’on se souvient peut-être encore des cours de physique à l’école. Des API industriels, des écrans tactiles entièrement graphiques pour l’affichage et la commande, la technique RFID ainsi que des capteurs modernes avec transmission de données IO-Link sont utilisés dans les modèles didactiques de la société Köster Systemtechnik basée à Iserlohn. Le portique 3 axes permet de réaliser les situations de transport ou d’usinage les plus diverses. Il s’agit donc de scénarios auxquels les apprentis seront également confrontés plus tard dans leur travail, même si la dimension et la complexité sont différentes. Cependant, le principe d’automatisation est le même.
Peter Konegen, associé-gérant chez Köster Systemtechnik, explique : «Nous construisons des maquettes d’installations à des fins didactiques. Notre gamme va des petits modèles compacts aux grandes installations de formation sur lesquelles des produits réels peuvent être fabriqués. Nous appelons le modèle présenté ici SFM, ce qui signifie «Smart Factory Model»". L’accent de la formation est mis sur l’industrie 4.0. Il s’agit par exemple de technologies qui permettent une production efficace avec un « nombre de pièces = 1 », une mise à l’échelle simple de la production ainsi que de nouvelles voies pour la maintenance des installations. Nos modèles SFM permettent également de simuler des technologies telles que l’exploration de données (Data Mining), la connexion à un système ERP ou au cloud. En fin de compte, c’est le programme d’études de chaque établissement d’enseignement qui détermine le degré d’approfondissement de ces stratégies technologiques. Nos modèles SFM sont en tout cas parfaitement équipés pour cela.»
Un matériel performant
Le cœur de l’installation est un API de Siemens, sur lequel les apprentis peuvent charger et tester le programme d’application. Mais cet automate n’est rien sans les actionneurs et les capteurs. L’«unité exécutrice» du modèle est un portique 3 axes qui permet de déplacer une tête dans les directions X/Y/Z. Sur la tête, un aimant sert à la «préhension» des objets.
La cerise sur le gâteau est la disposition d’un écran tactile intégré à fleur de la surface de travail. Il ne sert pas seulement à la visualisation et à la commande, mais aussi comme surface de pose interactive. L’écran tactile permet de détecter la position des objets qui y sont déposés et de les traiter par le programme de commande. Cela donne aux apprentis une marge de manœuvre créative, par exemple pour la simulation de processus logistiques.
Figure 1 : L’écran tactile sert de surface de pose interactive en détectant la position des pièces qui y sont déposées.
Photo 2 : Le détecteur de distance laser transmet des valeurs de distance au millimètre près à l’API via IO-Link.
Capteurs intelligents avec IO-Link
L’équipement sensoriel du Smart Factory Model a été fourni par le spécialiste de l’automatisation ifm. Il s’agit notamment de composants modernes qui vont bien au-delà de l’émission de signaux de commutation et qui, grâce à la communication IO-Link, offrent de la transparence jusque dans le capteur.
Le détecteur de distance optoélectronique O5D100 fournit des valeurs de distance au millimètre près grâce à la mesure laser du temps de vol de la lumière. Ainsi, il ne détecte pas seulement la présence d’un objet et l’indique par un signal de commutation, il peut également détecter la hauteur d’un objet. Les valeurs mesurées sont transmises numériquement via le protocole de communication IO-Link, qui s’est imposé ces dernières années dans le monde des capteurs comme un standard commun à tous les fabricants. Et IO-Link peut en faire plus : les capteurs peuvent être paramétrés à distance grâce à IO-Link. Depuis le PC, mais aussi directement depuis le programme de contrôle-commande de l’API, il est possible de définir des valeurs de commutation et, si nécessaire, de les modifier pendant le fonctionnement. Les adaptations individuelles dans le process de fabrication peuvent être facilement mises en œuvre (mot-clé «nombre de pièces = 1»).
IO-Link transmet également des données de diagnostic. Le détecteur optoélectronique détecte par exemple des impuretés sur sa lentille et émet lui-même un message d’avertissement lorsqu’il n’est plus possible de garantir une détection fiable. Cet auto-contrôle facilite la mise en œuvre de concepts de maintenance efficaces, comme la maintenance en temps réel.
La communication des capteurs est assurée par un maître IO-Link AL1100 d’ifm. Ce module de terrain permet d’un côté la connexion des capteurs et des actionneurs via un raccord à vis M12, et de l’autre, il communique avec l’API via le protocole Profinet. Dans les installations réelles, ces modules décentralisés offrent une simplification considérable du câblage. Et en raison de l’adressage de capteurs IO-Link individuels, les erreurs de câblage ou les confusions sont exclues lors du raccordement ou du remplacement des appareils.
Le maître IO-Link sert de passerelle entre les capteurs et l’API, qui est ici connecté via Profinet.
Identification avec RFID
Les solutions d’identification sont devenues incontournables dans les process de fabrication réels, puisqu’elles jouent un rôle déterminant dans le suivi ou le traitement des produits. C’est pourquoi le Smart Factory Model est également équipé d’une tête de lecture / écriture RFID. Le DTI515 a une forme plate et est placé sous la surface de travail. Les pièces du modèle ont un TAG sur le côté inférieur qui peut être lu et écrit lorsque les pièces se trouvent au-dessus de la tête de lecture / écriture RFID. Celle-ci, tout comme le reste des capteurs, communique avec le module maître via IO-Link.
La tête de lecture / écriture RFID agit avec les tags sur le côté inférieur des pièces. La transmission des données à l’API s’effectue par IO-Link.
Collaboration avec des instituts d’enseignement
Malgré ses dimensions censées être plutôt réduites, la profondeur technologique du Smart Factory Model est énorme. Les apprentis peuvent développer et simuler d’innombrables process sur modèle dans un espace réduit. Le Land de Basse-Saxe a également découvert ce potentiel et a équipé 23 collèges avec jusqu’à douze de ces Smart Factory Models chacun.
Le transfert de connaissances revêt également une importance particulière dans ce contexte. Le fait que tous les modèles soient équipés de manière identique permet de partager des matières d’apprentissage et des projets via des réseaux. Une véritable communauté s’est ainsi créée autour de ces «SFM».
Dans certains collèges, plusieurs modèles ont également été juxtaposés, au sens propre du terme. Les pièces à usiner sont donc déplacées d’une plateforme à l’autre pour un «traitement» ultérieur, comme c’est également le cas dans la production industrielle. Pour chaque station, un groupe d’apprentis programme des étapes de traitement différentes. Ce type de cotravail prépare parfaitement les apprentis aux exigences de leur future vie professionnelle.
Peter Konegen décrit un autre avantage du SFM : «Au moment de l’enseignement en ligne pendant la pandémie, la mise en réseau a permis aux apprentis d’accéder à distance au Smart Factory Model du collège depuis leur PC à la maison, ce qui leur a permis de tester leur application et de la présenter aux autres. Ainsi, les cours pratiques pouvaient également avoir lieu en ligne.»
Conclusion
Les techniques d’automatisation les plus modernes sont combinées de manière intelligente dans un espace réduit. C’est ainsi que les instituts de formation parviennent à initier et à former leurs apprentis, étudiants et enseignants à un développement moderne de la production selon les exigences de l’Industrie 4.0, quelle que soit la profondeur technologique. Des composants d’automatisation sont intégrés et les futurs techniciens et ingénieurs les retrouveront plus tard dans leur vie professionnelle. Pour les deux parties, il s’agit d’un investissement rentable pour l’avenir.
