Digital Twin et impression 3D : les deux piliers du partenariat entre Siemens et Cms

11 janv. 2022

Digital Twin et impression 3D : les deux piliers du partenariat entre Siemens et Cms

 

« Se réunir est un début, rester ensemble est un progrès, travailler ensemble est la réussite », disait Henry Ford. Une phrase qui explique parfaitement les raisons du partenariat entre Cms SpA et Siemens Digital Industries Italia : qu'ont-ils l'intention de faire ensemble ? Quels sont les objectifs qu'ils veulent poursuivre ? Cms est l'acronyme de Costruzione Macchine Speciali. L'entreprise est basée à Zogno (Bergame) et produit des centres d'usinage et des systèmes personnalisés pour l'usinage de matériaux avancés (composites, fibre de carbone, aluminium, alliages légers), plastiques, verre, pierre et métal. Cms fait partie du département « Autres matériaux » de Scm Group (avec Diversified Machines Systems en Amérique du Nord et HG Grimme en Allemagne, pour un chiffre d'affaires de 200 millions et 1 000 employés). Le groupe Scm, basé en Émilie-Romagne, réalise un chiffre d'affaires de 700 millions d'euros et emploie 4 000 personnes. Il opère dans le domaine des technologies d’usinage des matériaux et est spécialisé dans la production de machines pour le bois.

Du point de vue de l'innovation technologique, Cms entend faire un saut technologique autour de trois lignes directrices. Premièrement, les fonctions adaptatives. L'objectif est d'étudier des algorithmes permettant de comprendre si les paramètres de fonctionnement des machines sont anormaux, afin d'agir rapidement avant qu'un arrêt ne se produise. Et là, Siemens dispose déjà de logiciels spécifiques, comme nous le verrons, liés à l'écosystème IIoT, qui comprend des technologies basées sur le cloud comme la plateforme MindSphere et des solutions Industrial Edge pour l’élaboration des données. Deuxièmement, le jumeau numérique. Simuler les processus avant de les mettre en pratique permet de gagner du temps, de l'argent et de réduire les inefficacités dans le processus de production. Là aussi, la multinationale allemande dispose de solutions logicielles industrielles qui intègrent le jumeau numérique. Troisièmement, la fabrication additive. Dans ce domaine, l'entreprise bergamasque a mis au point Cms kreator, une machine à technologie hybride, impression 3D et fraisage, qui permet de fabriquer des produits à grande échelle (Large Format Additive Manufacturing) en déposant des couches de matériau thermoplastique renforcé. Pour optimiser le processus, un logiciel dédié tel que le NX de Siemens est requis.

Tout cela concerne l’avenir proche. Toutefois, le partenariat dure depuis 46 ans et, au fil des ans, Cms a diversifié ses produits et ses secteurs de référence ; elle avait et a toujours besoin d'une entreprise de référence pour l'automatisation ayant des compétences transversales pour les différents secteurs. D'autre part, la philosophie propre à Siemens est d'établir des partenariats technologiques durables, afin d'interpréter au mieux les besoins de ses clients. Un exemple de cette collaboration est la cms vm 30k, une machine qui traite le métal et les composites, équipée d'une commande numérique (cnc) Sinumerik 840D sl qui jette les bases d'une transition simple vers Sinumerik One, la Cnc innovante de Siemens avec jumeau numérique intégré. Nous en avons parlé avec Giuliano Busetto, responsable des industries numériques chez Siemens SpA et président de Siemens Industry Software Srl, et Giovanni Negri, PDG de Cms.

 

 

Près d'un demi-siècle de partenariat

1. Pour Cms, la transversalité des solutions technologiques de Siemens est fondamentale

Giovanni Negri, PDG de Cms

Pour comprendre les raisons de ce partenariat, il nous faut faire un saut dans le passé. Cms a été fondée par Pietro Aceti en 1969, il y a 52 ans. Le premier centre d'usinage a été construit en 1974 et l'année suivante, souligne Negri, « une machine Cms était déjà équipée de la première commande numérique Siemens. » Entre la seconde moitié des années 80 et le début des années 90, l'entreprise a connu une forte évolution technologique. Elle a produit le premier centre d’usinage au monde pour la transformation de la pierre (avec la marque Brembana) et s'est lancée dans le secteur de la découpe du plastique et de l’usinage des matériaux avancés : « Cms a ensuite commencé à s'occuper des composites et des alliages d'aluminium, en ayant comme secteurs de référence l'aérospatiale, l'automobile, les chemins de fer, la formule 1, l'industrie nautique, la lunetterie, la production d'éoliennes, le bâtiment, l'architecture, la décoration intérieure, le mobilier urbain, et autres. » On agrandit alors les deux sites de production de Zogno, où ont été produites plus de 10 000 machines de la marque Cms, réparties dans les départements de production d'entreprises du monde entier. Pour Negri, « au fil des ans, la collaboration avec Siemens s'est poursuivie et même renforcée. Nous avions besoin d'un partenaire ayant des compétences transversales dans les différents secteurs et c'est pourquoi Siemens Digital Industries est si important pour nous. Il faut également préciser que ce sont nos clients qui nous demandent d'équiper nos machines avec la technologie Siemens. »

La transversalité des applications des produits Siemens n'est qu'un des ingrédients de cette collaboration. L'autre est l'innovation, vers laquelle Cms se projette toujours, et qui nécessite le croisement de compétences variées et consolidées. Depuis 2002, l'entreprise fait partie de Scm Group – une multinationale de Rimini appartenant aux familles Aureli et Gemmani – et, pour voir plus grand, elle développe depuis quelques années un projet utilisant les technologies de fabrication additive en partenariat avec le prestigieux centre de recherche allemand Fraunhofer Institut. En 2019, un nouveau centre technologique a été inauguré à Zogno, puis la plateforme IoT, Cms Connect, a été créée, ce qui « a représenté une étape importante, rendant de nombreux services numériques », déclare Negri. Quel est donc l'avenir proche de la relation avec Siemens ? Selon Negri, il s'agit de faire un pas en avant dans la direction de la numérisation, « dans des domaines où Siemens est le mieux placé pour offrir sa contribution. »

 

 

2. Le partenariat selon Siemens

Giuliano Busetto, responsable des industries numériques chez Siemens

Le géant de l'automatisation, qui n'a plus besoin d'être présenté, est prêt à contribuer à l'avancée technologique de Cms, grâce à des solutions déjà développées et disponibles sur le marché. « Siemens n'est pas seulement un fournisseur de premier plan dans le domaine de l'automatisation, c'est aussi le partenaire technologique idéal pour guider les entreprises dans leur transformation numérique grâce à son expertise et à son portefeuille complet de solutions qui relient les mondes réel et virtuel », affirme Giuliano Busetto. « Les relations de longue date, à long terme, sont le meilleur moyen pour se connaître. La persévérance et l'engagement sont les ingrédients de notre partenariat avec Cms, en tant que société du groupe Scm, opérant dans différents secteurs qui nous intéressent au plus haut point. » Mais voyons quelles solutions la multinationale a développées pour les trois piliers de l'innovation identifiés par le PDG de Cms.

 

 

Fonctions adaptatives, jumeau numérique et fabrication additive : les objectifs du partenariat

1. Les fonctions adaptatives

Selon Negri, l'objectif n'est pas seulement de développer des algorithmes capables de comprendre si les paramètres de la machine sont anormaux, mais aussi de développer de nouvelles fonctions numériques qui permettent d'optimiser l'usinage, afin que les services d'assistance puissent intervenir de manière appropriée. Ici, la référence à Siemens est immédiate grâce au système d'exploitation IIoT MindSphere basé sur le Cloud, qui peut stocker des informations opérationnelles et les rendre accessibles via des applis numériques dédiées. Grâce à cette technologie, il est possible d'effectuer des analyses avancées relatives aux indicateurs de performance, tandis que Industrial Edge prend en charge le traitement d'un grand nombre de paramètres par le biais d'algorithmes basés sur des méthodes statistiques et le concept d'apprentissage automatique, qui permet de prédire les tendances et les anomalies de fonctionnement, ainsi que d'optimiser l’usinage en tant que tel.

2. Le jumeau numérique

Sinumerik One, la première commande numérique native qui intègre complètement le jumeau numérique.

Du point de vue de la transformation numérique, le jumeau numérique de la machine est une étape fondamentale pour Cms, car il permet de créer une réplique numérique fidèle de la machine elle-même, de ce qui se passe pendant une opération d'usinage donnée et des étapes nécessaires pour optimiser le processus : tout cela sans effectuer physiquement l'opération d'usinage dans l'atelier, mais en rendant simplement le processus virtuel. « Siemens est à la pointe dans ce domaine », affirme Negri. En effet, la multinationale dispose d'une Digital Enterprise Suite qui offre d'excellentes solutions logicielles et d'automatisation telles que Sinumerik One, la première cnc numérique native qui intègre complètement le jumeau numérique. En outre, l’association de Sinumerik et de NX permet de simuler des machines ou des systèmes de machines et de créer leurs jumeaux numériques, garantissant ainsi l'optimisation des temps de développement ; elle donne également accès à de nouvelles opportunités commerciales pour le réseau de vente du fabricant ainsi qu'à un excellent outil pour les utilisateurs finaux afin de former leurs opérateurs, et enfin à un outil efficace pour tester, dans un environnement virtuel, le fonctionnement, les programmes et les temps d'usinage de la machine même lorsqu'elle est occupée à usiner.

 

 

 

3. La fabrication additive

Dans ce domaine, l'entreprise bergamasque ne part certainement pas de zéro : il a été fait mention dès le départ de la collaboration avec le Fraunhofer Institut (et depuis quelque temps, également avec l'Université de Trente) qui a conduit à la création de Cms kreator, qui utilise des polymères thermoplastiques renforcés avec 40 % de carbone. Voici comment cela fonctionne : les matériaux thermoplastiques sont déposés en couches superposées qui se combinent pour former le produit final. Les dimensions actuelles de Cms kreator sont importantes : 4,7 par 2 mètres et atteindra bientôt des dimensions de 6 par 2,6 mètres pour répondre aux besoins des secteurs automobile, aérospatial et maritime. « L’usinage en « slice » (tranches, couches) de grandes dimensions nécessite un logiciel de contrôle avancé pour optimiser les performances de nos machines », déclare Negri. Toujours pour la fabrication additive, Siemens fournit une solution intégrée de bout en bout, gérant l'ensemble de la chaîne CAO-FAO-CNC. Grâce à une plateforme unique, il est possible de gérer de manière extrêmement flexible des technologies multiples, c'est-à-dire aussi bien des machines de découpe que de dépôt ou encore les robots.

 

 

Un exemple des résultats du partenariat aujourd’hui

Dans le domaine de la fabrication additive, Cms a développé la Cms kreator, une machine à technologie hybride, impression 3D et fraisage, qui permet de fabriquer des produits de grandes dimensions (Large Format Additive Manufacturing) en déposant des couches de matériau thermoplastique renforcé. Pour optimiser le processus, un logiciel dédié tel que le NX de Siemens est requis

La Vm 30k est une machine qui permet d’usiner les métaux et les matériaux composites. « Pour traiter ces derniers, explique M. Negri, il faut l'expérience que Cms a accumulée en plus de 50 ans, ainsi qu'une robustesse et une rigidité dans la découpe comparables à celles nécessaires pour traiter certains métaux, comme l'acier. La précision et l'exactitude de la trajectoire sont parmi les meilleures propriétés de la Vm 30k. » La machine mesure trois mètres de long et deux mètres de large. Le chemin utile est de 1,3 mètre, « mais la gamme comprend des dimensions plus importantes. » La machine est équipée de la Sinumerik 840D sl, une commande numérique qui offre vitesse et flexibilité pour diverses applications de machines-outils (tournage, fraisage, rectification, perçage, poinçonnage et bien d'autres). Elle est dotée d'une architecture hardware haute performance et d'algorithmes intelligents, ainsi que de fonctions de sécurité intégrées pour l'opérateur et l'instrumentation.

Sinumerik One

« Nous avons posé les bases pour une transition facile vers la plateforme cnc Sinumerik One », déclare Negri. Il s'agit d'une cnc native numérique qui maximise les performances de la machine-outil, car elle dispose d'un automate intégré de dernière génération dont les temps de cycle sont 10 fois plus rapides qu'un automate ordinaire. Sinumerik One réalise le jumeau numérique avec lequel il est possible de simuler le processus d'usinage et l’ensemble du processus d'automatisation de la machine, avec des avantages considérables : il permet de traiter les problèmes de fonctionnement dès la phase de conception, de tester le logiciel en même temps que le modèle mécanique, en obtenant une réduction considérable du temps de mise sur le marché. En termes de productivité, Sinumerik One propose des fonctions telles que Top Speed Plus, où l'utilisation de filtres sur les dynamiques en jeu permet d'optimiser les temps d'usinage sans en affecter la qualité, et Intelligent Load Control, qui augmente la précision de l'usinage en adaptant automatiquement les paramètres de réglage. Des nouveautés importantes également dans le domaine de la prévention des collisions, avec l'extension de nouvelles fonctionnalités telles que Protect MyMachine 3D Twin, grâce à laquelle il est possible d'importer les modèles 3D de ses propres outils et composants de serrage et de simuler l'enlèvement de matériau sur la base des positions futures et actuelles des axes, en assurant une protection complète de la machine et en tenant compte des zones enlevées quel que soit le mode de fonctionnement ; les géométries et les décalages des outils seront toujours mis à jour en temps réel, avec le soutien de la technologie edge computing.

 

[Réédition de l’article publié le 3 novembre 2021].