Machpro 898 29/01/10

L’intelligence virtuelle au service de la fabrication

Les technologies de fabrication en mécanique ont fortement évolué ces dix dernières années, notamment grâce aux logiciels d’assistance par ordinateur. En simplifiant les tâches de conception des pièces mécanique, d’organisation des ateliers, de programmation des machines-outils et de simulation d’usinage, ils transforment la structure même des entreprises. Cet article fait un point non exhaustif sur l’état de l’art dans ce domaine.

Il convient tout d’abord de bien définir ce que sont les logiciels d’assistance par ordinateur dans les métiers de la mécanique. La CAO, Conception Assistée par Ordinateur, permet de concevoir les pièces dans les bureaux d’études, qui transmettent les fichiers numériques des composants ainsi définis aux ingénieurs méthodes, pour leur fabrication. Ceux-ci vont utiliser des logiciels de CFAO ou, plus simplement de FAO. CFAO veut dire Conception Fabrication Assistée par Ordinateur, certains logiciels étant capable des deux fonctions. La FAO, plus spécialisée, concerne la programmation des machines-outils à commande numérique (MOCN) grâce à la Fabrication Assistée par Ordinateur. Côté organisation, si l’on parlait beaucoup de GPAO dans les années 90, pour la Gestion de Production Assistée par Ordinateur, le terme anglais d’ERP est en train de le remplacer.

Un ERP (Entreprise Resource Planning) ou PGI (Progiciel de Gestion Intégrée) a pour finalité de gérer, dans une logique d’interactivité totale, tous les départements et fonctions de l’entreprise. Les termes étant posés, voyons un peu quelles sont les fonctions actuelles avec quelques-uns des fournisseurs majeurs dans leur spécialité.

D’abord, comment s’organiser ?
Tout d’abord, la taille des entreprises joue un rôle majeur dans la définition des logiciels. Les très grosses entreprises ne seront pas traitées ici, la plupart ayant développé leurs propres logiciels dès les années 80. Certaines, comme Dassault ont d’ailleurs créé leur propre standard en vigueur dans l’industrie. Dassault Systèmes SolidWorks Corp est devenu l’un des leaders mondiaux sur le marché des solutions 3D. Cet article s’intéressera donc plus particulièrement aux logiciels accessibles aux PMI-PME, employant généralement entre 10 et 200 personnes. Pour celles-là, un bon logiciel ERP traite la gestion commerciale, la gestion des prévisions, la gestion des achats, la gestion de la fabrication, la gestion des coûts, la gestion de la qualité, la gestion financière, avec l’édition possible du chiffre d’affaires réalisé par groupe de clients via le regroupement de filiales et, enfin, le SAV ou Service Après-vente avec fiches d’appels clients et fiches d’intervention. Pour illustrer les fonctions d’un tel logiciel, prenons celui de l’éditeur Clip Industrie, très bien adapté aux ateliers des PME. La typologie des clients utilisant son logiciel Clipper comprend des sous-traitants, des entreprises produisant à l’affaire (machine spéciale), et des entreprises ayant une fabrication avec plan de production et vente en directe. Toutes ces entreprises ont une activité de conception, de transformation des matières et d’assemblage (usinage, fabrication). Le progiciel Clipper est dédié à la gestion industrielle et mono-société, affichant une base de données par entité juridique. Techniquement, l’outil de développement sous PC Soft s’appelle WinDev (version 14), Hyperfile traitant de la partie base de données. Clip Industrie offre la possibilité aux utilisateurs de Clipper d’accéder directement à la base de données Hyperfile en lecture et écriture depuis d’autres progiciels (ODBC). Des interfaçages sont proposés avec les messageries Outlook et, depuis peu, Gmail. Clipper reprend donc les principales caractéristiques de Windex en terme d’ergonomie et propose notamment un mode multifenêtres. En partant du processus d’avant vente, la gestion des devis permet la définition de la gamme et de la nomenclature associée, sans nécessiter leur création dans le progiciel. Le devis peut ensuite donner lieu à la création d’une commande client, qui reprendra les données du devis. La fiche prospect est similaire dans son principe à la fiche client, incluant les actions en cours menées auprès des prospects et les projets en cours chez ce prospect. Le progiciel offre naturellement la possibilité de définir les fiches des clients et des fournisseurs. Les ordres de fabrication et les affaires sont identifiés par le terme « Affaire », incluant un certain nombre de caractéristiques dont la quantité, le délai, l’article ou encore le client. La gestion des livraisons inclut la préparation des bons de livraison, du colisage et la gestion des transporteurs, sans passer par la création de bon d’expédition (non géré). La facturation client offre la possibilité de regrouper des factures ou non, selon les caractéristiques des clients. Le suivi ou la saisie des règlements clients peut s’effectuer dans Clipper, en liaison avec le progiciel comptable de l’entreprise. La gestion des commandes d’achats puis des commandes fournisseurs inclut des contrôles de validation. Le progiciel offre également la possibilité de visualiser l’état des commandes, ainsi que la possibilité de gérer des relances de commandes. La gestion des articles finis ou semi-finis permet, depuis la fiche produit, d’accéder à la gamme ainsi qu’à la nomenclature de fabrication. La gamme permet d’allouer à chaque opération sa phase, son poste de charge, du temps pour la préparation ainsi que pour l’usinage à proprement parler. La définition de gammes de contrôle est possible. La nomenclature permet notamment d’intégrer et d’identifier les matières, les étapes de sous-traitance, les commandes. Au sein d’un poste de charge, il est possible de distinguer des moyens en machines et ressources humaines, de façon optionnelle. La gestion du stock est multi-sites, au sein d’une société juridique. Un prix de référence, un PMP à mouvement de stock, un dernier prix d’achat, un prix d’achat réel peuvent être définis.

Le progiciel permet de saisir les temps machines et opérateurs. La gestion financière utilise des tableaux de bord, en sus de l’intégration privilégiée avec les progiciels comptables de Sage, Ligne 30 et Ligne 100, permettant la production d’information comptable vers ces progiciels. La gestion de qualité permet la définition d’un plan d’échantillonnage, d’appareils de contrôle, de fiches de non-conformité, ainsi que la gestion documentaire des documents sur le modèle de la norme EN-9100. La notion de Service Après Vente (SAV) est gérée grâce aux fiches d’appels clients et des fiches d’interventions. Si Clipper n’offre pas de réelle gestion de la maintenance, il est toutefois possible de gérer les moyens de production, de définir un planning et un historique des interventions sur ces moyens. En ce qui concerne la planification, le progiciel permet de définir un Plan Industriel et Commercial (PIC), par saisie ou import de texte ou données informatiques. Le Plan Directeur de Production (PDP) est ensuite déduit du PIC : les prévisions englobent ou non les commandes fermes. Le PDP peut calculer par jours, semaines ou mois avec un horizon de semaines. Il prend notamment en compte les familles de pièces et les regroupements de familles de pièces. L’ordonnancement est à capacité finie ou infinie. La méthode de calcul permet de prendre en considération les capacités machines et les charges en termes de fabrication, de façon dissociée. Différents niveaux de détails de contraintes sont possibles afin d’affiner la prévision. Une simulation, partielle ou totale, est possible. Le calcul des besoins, avec réservation possible, peut être régénératif si nécessaire. L’ordonnancement est visualisable sous forme graphique, par Ordre de Fabrication ou par poste de charge. La gestion des coûts a pour périmètre l’OF. Une distinction est possible entre les phases d’étude (coûts de sous-traitance et de main d’œuvre) et de réalisation à proprement parler (coûts de sous-traitance, de main d’œuvre et de matières). Les types de coûts ci-après sont distinguables : prévisionnels, réels, engagés (incluant les demandes d’achats et la réservation), résiduels (reste à faire), probables (somme des coûts prévisionnels et engagés). Ceci permet de calculer les écarts sur prévision. L’ensemble de ces coûts est direct. Pour s’approcher de la notion de coût indirect, il est possible d’affecter à chaque famille de produit et à chaque heure un coefficient. Les terminaux mobiles permettent l’alimentation des stocks notamment. En outre, les « i-services » permettent aux entreprises utilisatrices de Clipper de mettre à disposition, via un portail web, de leurs fournisseurs et clients les informations contenues dans le progiciel. Aujourd’hui, un tel logiciel permet ainsi aux entreprises industrielles de savoir à tout moment pourquoi et comment fonctionne leur société.

Ensuite, comment concevoir ?
La conception est multiple. La plupart des logiciels de CFAO intègrent leurs propres modules de conception d’une pièce mécanique simple et sont capable de récupérer un fichier provenant d’un logiciel de CAO sous format IGES, DXF ou autre. Nous nous attacherons donc aux fonctionnalités de logiciels dédiés aux ensembles complexes, comme ceux de Solidworks ou de Paramétric Technologie, très utilisés en conception de machines. Bien plus qu’un outil de formation à la CAO, SolidWorks Education Edition est une suite d’ingénierie complète. Elle inclut le logiciel SolidWorks, un programme de formation, un programme de certification, etc. C’est à ce titre une ressource complète pour enseigner la CAO mécanique 3D, la validation des conceptions, la gestion des données et la fiabilité des produits. Les logiciels Solidworks constituent, en réalité, un nœud de modules s’interfaçant les uns avec les autres en fonction des besoins des utilisateurs. De la plus simple pièce à la plus complexe des machines-outils, Solidworks rassemble des partenaires spécialisés dans une discipline particulière pour renforcer l’attractivité de son offre. Ainsi, l’intégration récente du logiciel de Trace Software elecworks™ facilite la collaboration entre les équipes mécaniques et électriques en leur permettant de travailler en temps réel sur les mêmes données, sous Solidworks. Les utilisateurs peuvent travailler en temps réel sur toutes les vues de la maquette numérique : le synoptique général, le schéma développé, la gestion des équipements, les tables d’entrées-sorties d’automates et le modèle 3D. Il assure un lien bidirectionnel et gère les mises à jour entre le modèle 3D SolidWorks et les données correspondantes des schémas concernés. Autre partenaire reliable aux logiciels de Solidworks ou de PTC, l’éditeur Comsol a dévoilé récemment l’édition beta de Comsol Multiphysics 4.0, son environnement de simulation et de modélisation multiphysique.

La version 4.0 offre une interface utilisateur, Comsol Desktop, destinée à faciliter la mise en place et l’exploitation des modèles numériques. Elle intègre graphiquement tous les éléments d’un modèle et sa paramétrisation en une unique application. Avec cette version 4.0, Comsol fournit aux firmes de hautes technologies un outil pratique pour faciliter l’innovation dans leur département de R&D. Interface unique, Comsol Desktop autorise des applications croisées et facilite l’apprentissage. Il est à signaler que, ces dernières années, la simulation multiphysique s’est développée rapidement, spécialement dans les départements d’ingénierie et de R&D.

Et les outillages ?
Plus spécialisés, des éditeurs s’attachent à développer des logiciels dont l’ergonomie et les fonctionnalités sont adaptés à un métier particulier. Ceux de Think3 ou de Vero Software constituent des exemples intéressants dans ce domaine, facilitant la conception dans les BEOT, Bureaux d’Etudes Outillages, afin de définir des outils de découpe ou d’injection. Pour concevoir un moule d’injection plastique, le logiciel de Vero Software VISI Flow s’appuie sur le modeleur VISI Modelling. L’étroite intégration de ces outils de conception et d’analyse permet à l’utilisateur de vérifier à tout moment la fiabilité du process d’injection et la qualité du résultat final. L’application, qui s’appuie sur des bases de données matières facilement personnalisables par l’utilisateur, permet d’optimiser la conception et la production tout en réduisant les coûts de ces deux étapes. Les processus guidés aident l’utilisateur étape par étape dans la préparation et le choix des paramètres et font de cette application un outil simple et rapidement pris en main. Une formation de deux à trois jours suffit pour maîtriser les fonctions de VISI Flow et se lancer dans une première démarche de conception et de simulation. Ainsi, tout bureau d’études peut s’approprier le logiciel rapidement sans compétences pointues sur les techniques d’injection plastique. D’autre part, l’éditeur think3 a présenté l’an dernier son logiciel MoldDesign, une solution CAO développée pour le marché de l’outillage de moule avec des fonctions métier bien adaptées. MoldDesign couvre l’intégralité du processus de conception moule, de l’analyse de la pièce et la gestion de fichiers très complexes, combinant solides et surfaces, jusqu’à l’usinage. La nouvelle solution métier MoldDesign repose sur des fonctions bien connues comme la Modélisation hybride, capable de gérer des solides et surfaces en parfaite transparence; l’Interactive Solid Modeling (ISM) qui autorise des modifications à la fois sur des données natives ou importées d’autres CAO en supprimant l’habituelle logique paramétrique, car la modification reste indépendante de l’historique de conception. Enfin, le Zone Modeling warpage permet la correction de l’effet de vrillage des pièces. Ces fonctions métier permettent le chargement d’une pièce et son analyse, sa modification en conservant la qualité du modèle d’origine, la création de la ligne de joint basée sur la notion d’ « associativité sémantique », capable de mettre à jour une ligne de joint en suivant les modifications de la pièce, la séparation automatique des empreintes, la subdivision des solides pour créer aisément des chariots, la création de carcasses paramétrées en intégrant les plaques et les colonnes, la conception des électrodes, la détection des interférences entre les différents composants du moule, l’insertion d’éléments de standard du commerce, la création de circuits de régulation en 3D. Par ailleurs, l’utilisation de la fonction Capping offre un complément intéressant, en permettant de redéfinir des plans de joint complexes créés depuis la commande Silhouette et de fournir ainsi la capacité d’obtenir des plans de joint d’une très grande qualité. La solution ne s’arrête pas à la conception des solides 3D, mais intègre également la création automatique de tables de perçage pour la fabrication des moules. En complément, il est possible d’intégrer la gestion des documents, des révisions et la nomenclature au travers de TD PLM, la solution PLM think3 (Product Lifecycle Management ou gestion de vie du produit). Ceci facilite le travail collaboratif sur les projets en conception autant que les opérations de maintenance durant la vie du moule en production.

Enfin, comment programmer?
Nous serons plus succincts dans la description des fonctionnalités des logiciels de FAO, dédiés à la programmation des machines-outils. Tout d’abord parce que Machines Production traite des nouveautés en FAO pratiquement dans chacun de ses numéros. Ensuite, les éditeurs sont très nombreux dans ce domaine, quelques grands généralistes côtoyant un grand nombre de spécialistes en fraisage, tournage, décolletage, formage, 2D, 3D positionnés, 5 axes simultanés ou centres d’usinage multifonctionnels. Soulignons le savoir-faire français, avec des logiciels et des éditeurs issus de grandes écoles d’ingénieurs. Ainsi, l’éditeur américain DP Technology a été fondé par deux anciens élèves de l’INSA de Lyon, Dan Freyssinet et Paul Ricard. Le logiciel Goélan, racheté par l’éditeur français Missler Software prend également ses origines dans cette école. DP Technology présentait à l’EMO de Milan la version 7 de son logiciel ESPRIT, ici écrit dans sa forme commerciale. Esprit est un système de Fabrication Assistée par Ordinateur haute-performance, destiné à toutes les machines-outils. Ce progiciel assure une programmation aboutie dans toutes les applications : fraisage 2 à 5 axes, tournage 2 à 22 axes, électroérosion à fil 2 à 5 axes, usinage sur centre de tournage-fraisage multitâches, opérations sur machines-outils à axe B, et usinage grande vitesse en 3 à 5 axes. Cette année, Esprit 2010 propose aux utilisateurs de perfectionner leurs cycles en fraisage, tournage et électroérosion à fil grâce à de multiples innovations. De plus, une nouvelle interface utilisateur a été développée pour toutes les opérations d’usinage.
En FAO, les logiciels s’interfacent de plus en plus facilement avec d’autres en amont, vers la CFAO et ceux, en aval, de simulation. Par exemple, le grand généraliste français de la CFAO Missler Software et le spécialiste de la simulation CGTech proposent depuis 2009 une nouvelle interface entre le logiciel de programmation TopSolid’Cam et celui de simulation Vericut, pour améliorer la visualisation de la simulation machine. L’interface permet aux utilisateurs des 2 logiciels de gagner en productivité. Les informations relatives à la pièce, au brut, aux outils utilisés ne seront pas à ressaisir à nouveau, car elles seront transférées directement depuis TopSolid’Cam. Les clients cibles sont souvent déjà utilisateurs des 2 logiciels, dans le domaine aéronautique, de la grosse mécanique, de l’usinage de pièces prototypes, avec des machines de types multifonctions ou de très grandes dimension, usinant des matières coûteuses. N’oublions pas de citer l’éditeur Spring Technologies et son module Toolexpert. Celui-ci permet de déterminer l’outil coupant nécessaire à une opération donnée et de calculer la meilleure plage des paramètres de coupe, en fonction de la qualité ou de la productivité désirées.
Sans pouvoir les citer tous, les spécialistes en FAO apportent beaucoup aux progrès possibles dans les usinages de plus en plus complexes. Ainsi, pour finir complètement des pièces de formes gauches – turbines, moules, modèles, prototypes, etc – l’éditeur Open Mind a développé son logiciel HyperMill, parmi les plus adaptés à la programmation facile des usinages complexes. Il le complète par des solutions de CAO, là encore dédiées à des métiers bien particuliers. Ainsi, Le système de conception hyperCAD® présenté récemment offre des possibilités quasi-illimitées pour la création de montres, bagues, boucles d’oreille, broches, pendentifs et produits similaires. L’utilisateur peut esquisser et modifier librement les modèles, qu’il s’agisse de modèles 2D ou 3D, en filaire (points et courbes), en volumique ou en surfacique. Des fonctions intelligentes facilitent la conception et stimule la création. La fonction Smart Objects™, par exemple, permet d’enregistrer les éléments récurrents de la conception et de les réutiliser dans d’autres modèles. Avec le module Global Shape Modeling™, l’adaptation automatique et précise de zones ou d’éléments prédéfinis pour la confection de variantes de tailles variables est rapide et sûre. Avec sa solution hyperMILL®, Open Mind assure ensuite une programmation FAO souple et un usinage économique des pièces ainsi définies. Ce système FAO expédie les tâches courantes par une programmation basée sur des automatismes intelligents. En tant que solution intégrée dans le logiciel CAO hyperCAD®, hyperMILL® permet d’exploiter aisément les nombreuses stratégies d’usinage et fonctions d’optimisation et de créer des usinages rentables, afin de commercialiser de nouveaux produits ou variantes dans un délai plus court.

Le tout, c’est de bien suivre l’évolution
Ce panorama non exhaustif permet de voir combien les éditeurs de logiciels font progresser notre manière de gérer l’organisation, concevoir les pièces et programmer les machines. Les entreprises, les ingénieurs, les professeurs et les étudiants ne peuvent en maîtriser toutes les composantes sans suivre cette évolution de très près. Pour cela et depuis 40 ans, la revue Machines Production envoie ses journalistes et ses correspondants sur tous les salons spécialisés, chez les éditeurs et constructeurs de machines et fabricants d’outils. Fin avril, l’édition 904 contiendra d’ailleurs un guide complet des logiciels de CFAO, avec leurs caractéristiques. Car les solutions existent et notre devoir consiste à les trouver pour vous.