Dans ces travaux, nous avons proposé une méthode pour la mise en œuvre de la surveillance en fabrication mécanique. L’étude de la littérature du domaine nous a conduits à nous intéresser à la surveillance des machines. Cette méthode comporte l’identification des grandeurs significatives ainsi que l’évaluation de méthodes pour les déterminer. Afin d’améliorer la confiance dans ces grandeurs, le concept de capteur intelligent est exploité pour ses fonctionnalités liées à la validation et l’autodiagnostic.
Les valeurs estimées des paramètres physiques d’un axe de MOCN peuvent être utilisées pour une aide à son diagnostic ou l’historique de ces mêmes valeurs exploitées en vue d’en établir un pronostic par, notamment, extrapolation (Prakash et al., 2018). Une utilisation des paramètres physiques explorée dans le cadre de travaux en collaboration avec Gilles Dessein, fut la prédiction des erreurs de trajectoire d’outil impactant directement les dimensions obtenues des pièces usinées. Par simulation, nous avons pu montrer que des variations de paramètres entraînaient des changements dans la poursuite des trajectoires d’outil programmées. Une proposition de correction de ces erreurs de trajectoire a été, en première intention, la correction dite « miroir » supposant que la fonction de transfert d’un axe de MOCN puisse être assimilée à la fonction identité. Comme ce n’est pas le cas, cette correction, bien qu’améliorant la précision des trajectoires situées loin des zones de changement de direction des axes, entraîne des oscillations de la trajectoires spatiales pouvant être indésirables au niveau des zones de
changement de direction [C5, c3, c4] pouvant nécessité d’autre façon de générer les consignes de position. La commande par platitude, exploitant les actualisations des paramètres estimés, pourrait être une réponse (Rotella et Carrillo, 1999).
Cependant, ce concept offre d’autres possibilités notamment grâce à la communication numérique bidirectionnelle. En effet, cette capacité facilite l’intégration des capteurs intelligents dans les FMS à l’aide de réseaux de terrain. Plusieurs types d’architectures sont possibles (Pfeifer et al., 1995 ; Altintas
et al., 1996). La mise en œuvre de capteurs mais aussi d’actionneurs intelligents dans les FMS permet,
grâce à leur capacité de calcul numérique interne, l’introduction d’un niveau décisionnel supplémentaire dont l’exploitation peut permettre d’accroître l’autonomie du FMS qui en est doté. Les travaux suivants ont visé à développer et à évaluer les apports des capteurs et actionneurs intelligents dans les FMS.
2 Conduite et surveillance distribuées des machines-outils et
de l’usinage par la mise en œuvre de capteurs/actionneurs
intelligents
Toujours en considérant le contexte dans lequel les entreprises, pour rester compétitives, cherchent à répondre au bon moment, au juste besoin, au meilleur prix et au niveau qualité désiré ; l’amélioration de leur réactivité est un enjeu essentiel. Si la flexibilité permet de ménager des degrés de liberté dans la gestion des activités manufacturières, la réactivité est obtenue par l’exploitation de ces degrés de liberté de manière appropriée vis-à-vis de la situation. Une première étape de mes travaux de recherche, présentée dans la partie 1 de ce parcours, a contribué à la perception de la situation et notamment en l’amélioration de sa fidélité par rapport à la situation réelle. La deuxième partie de mon parcours recherche, faisant suite à mon recrutement en qualité de Maître de conférences à l’ENIT, est consacrée à des travaux contribuant à l’amélioration de la réactivité en exploitant des degrés de liberté aménagés pour les besoins de flexibilité.
L’amélioration de la réactivité au niveau des processus et de leur contrôle permet de garantir l’obtention des produits ou services conformes à leurs spécifications. Elle requiert des informations relatives au déroulement des opérations pour réagir de manière appropriée. Dans le cas des machines-outils, la réactivité consiste principalement à assurer la réalisation des opérations de production tout en assurant la qualité des pièces et à réduire le nombre ou la durée des arrêts lorsqu’un problème est détecté. L’amélioration de la réactivité des machines-outils a donné lieu au développement de fonctions pour la surveillance et le diagnostic des machines (Harris et al., 1990 ; Isermann, 1993), pour la surveillance du processus d’usinage (Dan et Mathew, 1990) et pour l’accommodation ou l’adaptation (Carrillo et Rotella, 1997 ; Liu et al., 2001). Ces fonctions contribuent à l’amélioration de la réactivité de différentes façons. Les fonctions de diagnostic permettent de réduire les temps d’arrêt grâce à l’identification des origines des défauts limitant ainsi les temps de recherche des opérateurs de maintenance. Les fonctions de surveillance du processus d’usinage permettent d’arrêter l’usinage lorsque des problèmes sont détectés permettant ainsi de limiter les dommages pouvant être causés à la pièce usinée ou à la machine. Les fonctions d’accommodation ou d’adaptation peuvent nécessiter les informations produites par les fonctions de surveillance de l’usinage et permettent la poursuite des opérations d’usinage malgré les dégradations du processus en garantissant l’atteinte d’objectifs principaux de la production.
Toutefois, la mise en œuvre de telles fonctions nécessite souvent des capteurs, des unités de traitement, des logiciels et des interfaces spécifiques. Par conséquent, ces mises en œuvre sont coûteuses. Elles sont également coûteuses parce que les systèmes de contrôle-commande des MOCN proposés par les fabricants sont centralisés (voir Figure 13) et ne sont pas assez ouverts malgré les nombreux développements dans ce domaine (Molina et al., 2005). Dans ces conditions, ces trois types de fonctions ne sont rarement mises en œuvre par une même MOCN.
La proposition consiste à définir des systèmes de contrôle-commande de MOCN intégrant des capteurs et actionneurs intelligents. Une première phase exploratoire a été consacrée à l’étude de l’intégration d’instruments intelligents dans ces systèmes de contrôle-commande pour la mise en œuvre de quelques fonctions qui ne sont pas traditionnellement proposées par les fabricants de MOCN. Les deux phases suivantes, ont été réalisées dans le contexte du réseau d’excellence I*PROMS (Innovative Production
Machines and Systems) du programme européen FP6-NMP. La deuxième phase a été dédiée à la
définition des fonctionnalités de surveillance de la machine, de l’usinage et d’accommodation ainsi des rôles des éléments assurant la surveillance et la conduite de la machine et de l’usinage. Enfin, une
troisième phase a consisté à proposer un cadre de conception d’architectures fonctionnelles et matérielles pour les MOCN toujours basées sur des capteurs et actionneurs intelligents.
Figure 13. Organisation générale d'une machine à commande numérique