Tel sera le visage des futures machines d’emballage

En ingénierie industrielle, le processus de conception commence habituellement par la partie mécanique. Après cela, les tâches se déroulent dans un ordre strict : les ingénieurs mécaniciens passent le relais aux ingénieurs électriciens, qui dimensionnent les entraînements et les moteurs. Vient ensuite la programmation du contrôleur. Seuls les essais permettent de savoir si les routines fonctionnent. Dans le pire des cas, un grand bruit retentit parce qu’une étape a été oubliée ou que les cinématiques ne sont pas bonnes.

La rectification des défauts sur la machine prototype est risquée, onéreuse et met en péril la réussite de tout le projet. Or, il existe maintenant une alternative : le fabricant d’emballages américain WestRock, avec l’aide de Bosch Rexroth, est parvenu à minimiser les risques inhérents aux essais et à réduire au plus juste le délai de commercialisation en utilisant des workflows simultanés.

Des lignes d’emballage personnalisées en un temps record, rien de moins. Tel était le projet de WestRock. Présent dans 30 pays, ce fabricant d’emballages travaille également dans l’ingénierie d’installations personnalisées. En effet, dans le secteur des boissons, les marques cherchent sans cesse à s’attirer les faveurs des consommateurs par de nouveaux emballages : plus le design est attrayant, plus la probabilité d’achat est élevée. Mais ceci n’empêche pas la durée des cycles chez les producteurs de boissons d’être courte ; il faut planifier, développer et mettre en service les lignes d’emballage personnalisées aussi rapidement que possible.

De son côté, WestRock conserve une longueur d’avance sur ses confrères, parce que son développement repose sur la simulation et sur une ingénierie à base de modèles, non seulement pour les lignes d’emballage, mais depuis l’idée même de l’emballage jusqu’à son transport.

Une conception avec contrôle de vraisemblance

À l’aide d’un supermarché virtuel, les concepteurs de WestRock testent ce qui pourrait finalement prendre place sur les rayonnages avant même le début de la production. Ils placent différents types d’emballages dans les rayons et les chariots, déterminent le poids optimal pour les acheteurs et en tirent des conclusions afin de concevoir le produit. Avant de présenter, dans le supermarché virtuel, le nouveau conditionnement au fabricant de boissons, la planification de la production vérifie les données à l’aide du logiciel de simulation et les soumet à un contrôle de vraisemblance. Cette opération implique, entre autres, de vérifier l’investissement nécessaire et le coût unitaire de production du nouvel emballage.

Création de valeur avec un workflow 100% numérique

Chez WestRock, toutes les données de conception sont enregistrées dans la plateforme 3DEXPERIENCE de Dassault Systèmes dès le premier clic sur le logiciel de CAO. La simulation permet de tester et optimiser le programme de commande et tous les entraînements et cinématiques avant même que la ligne de production soit installée. Bosch Rexroth, partenaire chargé de l’automatisation, fournit les modèles 3D et les algorithmes de ses composants tels que les servomoteurs et servoentraînements, ce qui fournit très facilement des images virtuelles complètes des composants installés. Tous les services impliqués dans le processus de conception peuvent à présent transférer leur expertise dans un modèle numérique partagé, le jumeau numérique, et travailler à partir de celui-ci.

Mise en service virtuelle

Une fois que le client a validé la conception du produit, les réglages commencent. À ce moment-là, aucun module de machine n’est encore assemblé. En premier lieu, les ingénieurs testent et optimisent les mouvements axiaux dans leur modèle numérique, qui affiche l’infrastructure de la machine, y compris la dynamique grandeur nature. Puisque le contrôleur de la logique d’exécution, qui est utilisé par la suite comme composante matérielle dans la boucle de simulation, commande également le modèle simulé, l’ouverture aux résultats de la simulation  Open Core Engineering répond aux besoins de la mise en service virtuelle et permet le raccourcissement du processus de développement.

L’interface Open Core  relie l’unité de commande réelle à son jumeau numérique sur la plateforme 3DEXPERIENCE, ce qui lui permet d’interpréter et de mettre en œuvre correctement les données et commandes issues de la simulation. Si la machine est ensuite mise en service chez le client par les techniciens, il est inutile de réaliser de nouveau les optimisations qui prennent beaucoup de temps. De cette manière, WestRock réduit de manière importante non seulement le temps de développement, mais également les coûts de fabrication.

Modernisation en un clic

 Afin que les lignes d’emballage réalisées par WestRock soient adaptées, de la façon la plus rapide et la plus souple possible, aux cycles de vie des produits toujours plus courts et aux tailles de lots toujours plus petites, un nombre croissant de fonctions quitte le champ de la mécanique au profit des logiciels. Grâce à IndraWorks et aux interfaces et normes ouvertes d’Open Core Engineering, le logiciel dédié peut être paramétré avec la même modularité que le matériel. Pour la programmation, WestRock utilise les langages d’automate programmable conformes aux normes CEI 61131 et PLCopen. Les langages standards sont cependant également disponibles grâce à l’interface Open Core.

Fonctions technologiques prédéfinies

 La mise en œuvre rapide et aisée de fonctions plus complexes nécessite la mise à disposition de fonctions technologiques prédéfinies. Celles-ci n’ont plus besoin d’être programmées, mais simplement paramétrées. Ces fonctions concernent les contrôleurs à cames, l’actionnement simple des moteurs pas-à-pas et les cames FlexProfile. Si un paramètre est modifié, tous les entraînements du groupe concerné dans le modèle sont automatiquement adaptés.

Plus de 80 servoentraînements sans armoire

WestRock s’inscrit par ailleurs dans une autre tendance, avec une nouvelle ligne d’emballage qui utilise plus de 80 servoentraînements ne nécessitant pas d’armoire de commande (la gamme IndraDrive Mi). L’espace d’installation est ainsi réduit, tout comme le travail de câblage. À l’avenir, l’alimentation électrique et le raccordement au réseau de la technologie d’entraînement ne nécessiteront plus non plus d’armoire de commande, ce qui libérera un espace considérable dans l’armoire. Avec « Safety on board », des fonctions supplémentaires de sécurité, intégrées aux entraînements, renforceront la sécurité et la facilité d’exploitation des lignes.

WestRock présentera cette solution sur un modèle de démonstration au salon Interpack, hall 18, stand E01 avec la collaboration de Bosch Rexroth . Plusieurs commandes IndraMotion MLC avec des fonctions SafeLogic assurent le contrôle des servomoteurs et de modules additionnels. Elles sont raccordées les unes aux autres par une communication croisée en temps réel Sercos, ce qui garantit un synchronisme élevé de toute la ligne de production.

Conclusion

 Avec son workflow numérique exploitant l’ingénierie à base de modèles de Bosch Rexroth et Dassault Systèmes, WestRock a pu resserrer de manière importante son délai de développement et répondre ainsi plus spécifiquement et rapidement aux demandes de ses clients. Outre la diminution de leur coût de fabrication, les utilisateurs bénéficieront d’avantages financiers au quotidien. Les concepteurs peuvent à présent modéliser les servomoteurs et les mouvements axiaux dès le début.

La logique de commande s’intègre directement dans le modèle du jumeau numérique, dans le cadre de la mise en service virtuelle. Le résultat de chaque opération devient immédiatement visible dans la simulation 3D. Étant donné que la préparation des opérations peut également simuler et calculer à l’avance les processus de production qui vont suivre, le lancement de la production dans l’usine d’emballage représente très peu d’investissement. Il s’agit d’un avantage déterminant dans un secteur où il est toujours bon de raccourcir le délai de lancement d’un produit.