MicroLean : des micro usines dans l'Arc jurassien - Haute-Ecole Arc
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MicroLean : des micro usines dans l’Arc jurassien…
La promesse de l’Industrie 4.0
1955
Globalisation
Customisation
de masse
1980
régionalisation
Production 2000
de masse
Volume de produits
par variante 1913 personnalisation
1850
Variété des produits
Source : 2017 KOHLER Consulting & Coaching, d’après Yoram Koren (2010), The University of Michigan
La structure allemande pour faire vivre l’Industrie 4.0 Création d’un nouvel imaginaire industriel en agissant conjointement aux niveaux top-down et bottom-up et en expérimentant les concepts.
Le niveau bottom-up
Expérimentation sous forme d’usines pilotes dans différents secteurs
pour « persuader » les PME et le Mittelstand.
Ecosystème autour d’applications
concrètes, p.e. textile à Aachen.
Partenariat public-privé sous forme
de consortiums d’intérêts communs.
Appropriation des concepts et
identification des retours sur
investissements potentiels.
Emergence de « standards ».
Une appropriation nécessaire selon nos besoins
Industrie manufacturière microtechnique à haute valeur ajoutée
reposant sur des PME spécialisées.
Emploi dans le secteur secondaire (2012)
Office Fédéral de la Statistique, Février 2015
L’industrie 4.0 et nous Une histoire industrielle de deux siècles Un ADN unique Des savoir-faire préservés Une image d’excellence Tous les réseaux de valeur dans un mouchoir de poche : fournisseurs de matières, fabricants de machines et périphériques, manufactures horlogères, industries medtechs, sous-traitance automobile,… Et des institutions de formation et de recherche pour ouvrir les possibles… La « Precision Hill » notre « Silicon Valley » !
Un nouvel imaginaire industriel microtechnique Une fabrication de produits à haute valeur ajoutée basée sur une vision du type « C2B2B » interconnecté, incluant : • une chaine de valeur « digitale » et bidirectionnelle • une production connectée, agile et autonome • une capitalisation des savoir-faire et des expériences • de nouveaux métiers et organisations du travail • une logistique interconnectée • une industrie responsable et durable
Une plateforme d’expérimentation : le Microlean Lab
Micro usine flexible et reconfigurable
Infrastructure standardisée
Technologies interconnectées et adaptatives
Production agile
Maquette et supply chain digitales
Close loop manufacturing
Processus auto-apprenants
Blocs fonctionnels
Smart machine
Plug & Produce
Reconfiguration rapide
Transitique intelligente
Flexible, modulaire et adaptative
Un business model inspiré du numérique Définition de standards (OS) Interconnexion et compatibilité (Apps propriétaires) Réalisation de l’infrastructure (Smartphone) Intégration des blocs fonctionnels (Apps) Business model du type Industrial Machine as a Service Applications symboliques de nos savoir-faire : • Pièces d’horlogerie et du luxe • Prothèses et implants médicaux • Pièces microtechniques de sous-traitance •…
Les objectifs généraux du Microlean Lab • Prendre en compte les besoins industriels et sociétaux par des développements « écologi-nomi-quement » efficients. • Attirer et former les nouvelles générations aux métiers dont le tissu industriel a besoin. On est une école. • Expérimenter concrètement de nouvelles façon de produire en phase avec l’évolution des technologies et des processus. • Constituer un pool de partenaires industriels qui partagent une vision commune et prêts à la soutenir activement à long terme. • Réaliser des plateformes d’expérimentation à vocation applicative adaptées aux besoins de l’Arc jurassien.
Les objectifs techniques du Microlean Lab
Infrastructure / Smart machine Processus / Digitalisation
Micro-
usine
Interopérabilité Fonction / Service
Transfer
Auto-configuration Intelligence artificielle
Machine
Initialisation/Setup / poste Communication
Plug & Produce Maquette digitale
Produit /
PièceUne philosophie « bon du 1er coup »
Infrastructure / Processus /
Blocs fonctionnels Digitalisation
Capabilité machine Choix des scénarii «pièces»
Insensibilité thermique Haute rigidité dynamique Standardisation des
Maîtrise des compétences
stratégies
Haute dynamique Processus automatisés et paramétrés
Vitesse Suivi de Maquette Trajectoire Transitique
SMART CNC
constante trajectoire digitale optimale flexible
Auto-surveillance
Smart stratégies
Condition
Couple outils-matière Calcul du chemin Reconfiguration Condition
monitoring
idéal Flexibilité monitoring
Auto-adaptation
Production intelligente automatisée
Auto calibration & Dialogue OF - Auto surveillance Suivi en Traçabilité
Rétroaction
configuration machine-machine & réaffectation temps réel numériqueUne architecture de base
Bloc multi-fonctions
Conception modulaire basée sur le système Lego
Liaison verticale/horizontale
Blocs fonctionnels (briques technologiques)
Standardisation Plafonnier
stabilisateur
Contrôleur
d’axes
Armoire PC Bloc fonctionnel Bloc copeaux &
lubrification 13Une transitique d’ascenseurs
Navette de transport autonome Stockage pces/outils
Blocs de stockage Bloc de stockage
Transport multifonctionnel
Précision 0.1 mm
Système de guidage
horizontal/vertical intégré
Mini-robot ou ?
14Un standard de communication
Proof of concept avec OPC-UA comme standard de communication
pour les différents blocs fonctionnels et la transitique
Analyse fonctionnelle et non-fonctionnelle
Prototypes client-serveur de OPC-UA
15CAO-CFAO-CNC : la jungle !
… ne dit rien de la
qualité ni de la
performance
16Une maquette digitale orientée production
Proof of concept d’une génération de programme pièce « optimisé »
à partir du dessin 3D.
Analyse de la chaine complète du cycle de la pièce:
CAO/CFAO/ISO/CNC
Identification et délimitation des responsabilité des différents
outils
Prototype de génération de programme pièce optimisé selon
une seule dimension (exemple: temps de cycle)
17Hardware miniaturisé pour pilotage machine
Etude des solutions Open-Source du marché :
- Fonctionnalité
- Vitesse d’exécution
- Possibilités de modifications et améliorations
- Intégration
- …
Calcul de trajectoires avec look-ahead profond et intégration des
corrections :
- Outils
- Limites machines (accélération,…)
- Défaut de géométrie machine
- …
18Hardware miniaturisé pour pilotage machine
Intégration des boucles de régulation de contrôle et gestion
moteur dans FPGA pour la vitesse d’exécution.
Intégration MultiARM-FPGA.
Régulation avancée (état, polynomial) et adaptative
Algorithme de setting des régulateurs automatiques
Port série
Ethernet HMI / Ecran
USB uP
Kinetis KW5x
BUS adr/data
PWM
Driver de
Pont
gate
isolé
triphasé
Bus de terrain
FPGA
BUS adr/data
Ethercat ADCs
isolé
1 axe
Brushless
Motor
BUS adr/data
Encodeur
ADC
SIN/COS
19Architecture hardware pour pilotage machine
20Architecture hardware pour pilotage machine
21Roadmap 2018 : étude préliminaire et concept
mi 2018 (constitution du MicroLean Lab) Projet HES-SO + fonds de recherche
Focus encombrement et transferts énergétiques pour une meilleure capabilité, flexibilité et productivité
Blocs fonctionels MicroUsine Processus Digitalisation
• Sélection des • Concept minimal • Choix des scénarios • Etat de l’art
technologies de base • Analyse fonctionnelle «pièces» • Architecture de
• CDC d’intégration globale (gestion des • Identification des communication
• Architecture HW flux, pollution et besoins (ligne-transverse et
sécurité) vers le haut)
• Contrôleur d’axes • Lieu(s) – cadre - mode de
performant&low-cost • Concepts de fonctionnement – charte • Concepts de
mutualisation des pilotage de ligne
• Open CNC et besoins en éthique - valorisation
équipements (Intégration via
miniaturisation • Analyse des flux
• Zoom sur 1 bloc ERP)
• Lay-out et interfaces d’information
unitaire (pré- • Instrumentation,
standards (méthodes actuelles)
standardisation) récolte des données
• Concepts • VSM et KPI et stockage
d’automatisation • Mise en évidence des • Focus CAO et CFAO
(transitique), du freins à
possible => futuriste l’autonomisation
• Scénarios d’optimisation
(manuel =>
automatique)Roadmap 2020-2021 : les proofs of concept
Prototype semi-fonctionnel (2020) Prototype flexible (2021)
Simplifier les schémas, monter d’un cran les savoir-faire (AI) pour diminuer le Time to Market et les coûts
Blocs fonctionnels MicroUsine Processus Digitalisation
• Mise à disposition des • Conception modulaire • Accompagnement du • Assistance au
équipements unitaires de la version de base changement développement des
sélectionnés (tiers) • Implémentation des • Choix d’un scénario outils CAO et CFAO
• Assistance à la équipements représentatif • SW de
conception (concept) périphériques &implémentation communication
• Qualification (capabilité) minimaux • CDC fonctionnel avec spécifique
• Fraisage 5 axes - • 1er Design de ligne pré-scénario automatisé • SW de pilotage
tournage – décolletage – • Lubrification minimale • Définition du target machines et ligne (du
gravage – polissage – • Armoire de ligne avec «time to Market versus basique vers IA)
ébavurage - contrôle concepts modules innovation» • Auto-pilotage des
dimensionnel – lavage centraux et modules • Choix du chemin idéal machines (du simple
• De la CNC standard à d’ilôts selon paramètres vers le complexe)
l’open CNC choisis • 1ère implémentation
démocratisée
• 1ère itération simple
pour les transitiques • Mesures d’efficience, de l’évolution CAO-
• Implémentation des valorisation et potentiel CFAO)
outils digitaux de base • Evolution intelligente
des transitiques • Feuille de route «en • Traçabilité digitale et
• Amélioration de marche vers une monitoring
l’autonomisation industrialisation» intelligentRoadmap 2022- ? : des micro-usines
les 1ère Micro-usines (2022) Pourquoi pas une commercialisation ?
L’Intelligence Artificielle au service de l’industrie et de la société - SMART Manufacturing durable
Blocs fonctionnels MicroUsine Processus Digitalisation
• Hardware machine • Industrialisation des • Production connectée • CAO évoluée avec
miniaturisé premières • Logistique codification digitale
• Déploiement des MicroUsines dédiées interconnectée • CFAO évoluée avec
concepts open CNC à bas • Production autonome • Processus auto- savoir-faire digitalisé
coût en boucle fermée apprenant et simulation
• Auto-calibration, auto- • Reconfiguration, • Focus sur les pannes et virtuelle multi-
tunning, rétroaction finalisation du concept méthodes de résolution machines
• Stabilisation du concept Plug&Produce paramétrée
• Reconfiguration
SMART Machines • Système de transfert automatique en mode • Configuration
• Démocratisation et auto-apprenant, dégradé automatique
augmentation des SMART et flexible • Analyse, retour sur les • Auto-surveillance,
disponibles • 1ère itération simple scénarios originaux, auto-adaptation et
• Implémentation du pour les transitiques comparaison rétrocession
concept sur d’autre • Assistance à • Valorisation, gains • Condition Monitoring
processus l’implémentation sur escomptés, gains • Systèmes auto-
• Démocratisation du site réalisés, catalogue des apprenants
concept Plug and • Suivi, améliorations, mesures (historique + savoir-
Produce évolution selon correctionnelles faire)
résultats et souhaits • Exploration des •…?
potentiels découvertsMicrolean Lab : les partenaires Lab dirigé par la HE-Arc, financé par des sociétés actives dans les domaines représentant les besoins et les solutions stratégiques : • Horlogerie et luxe • Medtechs • Maquette digitales • Machines et technologies (blocs fonctionnels) • Transitique et automation • Equipements périphériques
L’esprit Microlean Lab Partager la vision proposée par la HE-Arc et la soutenir sur le moyen et long terme (concret à 2 ans - vision à 10 ans) Accepter de collaborer avec les entreprises participantes au Lab, y compris de potentiels concurrents. Partager des données sous une confidentialité établie entre les membres du Lab. Conclure des accords commerciaux préférentiels avec les membres du Lab dans un esprit de défense d’intérêt communs. Gérer intelligemment et avantageusement les droits de propriété intellectuelle générés au sein du Lab.
L’esprit Microlean Lab Accepter d’être visible en tant que membre du Lab lors d’actions de communication régionales, nationales ou internationales. Proposer des projets d’étudiants et d’ingénieur junior en lien des activités du Lab permettant de favoriser le transfert technologique. Ne pas être dans une démarche purement commerciale ni dans l’attente de retombées directes et immédiates.
Les apports du Microlean Lab Une expérimentation appliquée et partagée des possibilités de cette Industrie 4.0. Un accès à tous les résultats et à la veille technologique. Une influence directe sur la définition de l’outil de production d’un nouvel imaginaire industriel de type « C2B2B » interconnectée. La possibilité d’accords commerciaux préférentiels avec les autres membres du Lab. Un accès préférentiel à la propriété intellectuelle générée au sein du MicroLean Lab.
Les apports du Microlean Lab La constitution et l’évaluation de réseaux de valeurs dans les domaines applicatifs (horlogerie et luxe, medtech, automobile,…). La connaissance des besoins futurs des donneurs d’ordre. La visibilité, le gain d’image, y compris à l’interne des entreprises. L’attractivité pour de jeunes talents. Le recrutement d’ingénieurs spécialisés, post-formés et pré-évalués en cours de projet.
Le financement du MicroLean Lab 1.5 Mio par an pour un premier délivrable en 2020 sous forme de proof of concept, grâce à : • 6 partenaires minimum avec capacité de financement de 200 kF/an et engagement sur 5 ans avec possibilité de retrait après 2 ans. • Fonds publics et fondations. • Si apports financiers > 1.5 Mio par an, réduction des parts de chacun. • Fournisseurs de blocs fonctionnels (équivalent financier à définir). • Compétences et savoir-faire des PME du tissu industriel suisse (équivalent financier à définir).
Rejoignez le Microlean Lab ! Partenaires représentant les besoins et les solutions stratégiques, et tous ceux qui souhaitent explorer une autre façon de produire. Créer un nouvel imaginaire industriel centré sur les clients et s’approprier l’Industrie 4.0 selon notre culture et nos savoir-faire. Innover dans les modèles d’affaires basés sur la compétitivité relationnelle et le décloisonnement des métiers et des entreprises. Bénéficier d’une haute école avec ateliers et projets d’étudiants- entreprises, et d’un réseau académique. S’offrir une vitrine à l’international.
Merci de votre attention.
philippe.grize@he-arc.ch
+41 76 557 11 20
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