La discrète révolution des technologies d'entraînement
Les avancées mécatroniques révolutionnent la production en priorisant les mouvements, optimisant l'efficacité énergétique.
Aujourd’hui, les mouvements rapides et précis jouent un rôle essentiel dans la rentabilité des machines et des systèmes utilisés pour la production, l’emballage ou le transport de marchandises. Certaines avancées technologiques permettent à ces mouvements de gagner considérablement en agilité, en précision et en efficacité sur le plan énergétique. Considérer les machines en association avec des appareils électroniques comme des unités mécatroniques permet de trouver des solutions technologiques d’entrainement qui sont plus rapides, plus précises et plus efficaces sur le plan énergétique.
Plusieurs méthodes existent pour augmenter la durée de vie, la productivité, la précision et l’efficacité, ainsi que la durabilité des installations de production. De la mécatronique, au jumeau numérique jusqu’à l’électrification des entraînements, les nouvelles avancées vont toujours plus loin dans la modernisation des machines et des systèmes existants.
Auparavant, les machines et les appareils électroniques étaient considérés comme des entités mécaniques qu’il fallait faire bouger d’une manière ou d’une autre. Cela a favorisé l’apparition de progrès notables en matière de mécanique, de technologie de commande et d’entraînement, ou encore de capteurs et de logiciels. En général, la mécanique était définie en premier et souvent même conçue en détail. La sélection et la conception du type d’entraînement avaient lieu par la suite. Venait ensuite la conception de l’ingénierie électrique, y compris du matériel destiné au contrôle de la séquence, du mouvement et de la sécurité, ainsi que la visualisation. Enfin, les programmes étaient créés - souvent dans un contexte de crise lié aux éventuels temps d’arrêt et aux retards - pour permettre à la machine de fonctionner.
La clé du succès pour développer des machines et des systèmes plus efficaces réside dans l’inversion de la séquence de développement traditionnelle. Étant donné que les mouvements constituent l’élément le plus important au sein d’une machine ou d’une installation, il convient tout d’abord de déterminer leurs axes avant de définir leur logique de séquence de mouvement.
Le Sequence Logic Modelling, la description du comportement de la machine, est créé sous la forme d’une séquence d’états, et consiste en une extension de la description des exigences réglementaires. En parallèle, il existe des outils logiciels qui ont pour vocation d’accompagner les développeurs dans la conception des composants de la technologie d’entraînement ; ils ont pour particularité de permettre d’adapter automatiquement les API à partir de la description comportementale de la machine.
L’étape suivante dans la création de concepts mécatroniques consiste à construire un modèle physique. Pour ce faire, il suffit de définir les dimensions et la masse des objets à déplacer, ainsi que la cinématique de transport. Bien avant de consacrer du temps – et de l’argent – à la conception détaillée, à la programmation, ou même à la construction de prototypes, il est nécessaire de vérifier la cohérence de la conception cinématique ce qui permet d’anticiper d’éventuelles collisions. Cette logistique a l’avantage de pouvoir être menée de concert pour minimiser les délais.
En mécatronique, le développement de modèles donne naissance à un jumeau numérique dont la proximité avec la réalité s’accroît pas à pas. Des simulations de positionnement à chaque phase permettent d’atteindre des objectifs très ambitieux en matière de développement. Ainsi les moteurs et les technologies d’entraînement qui sont conçus comme des éléments centraux donnent un point de départ en termes de construction mécanique et font qu’il y a moins de masse inerte à déplacer. Non seulement il y a moins de cinématiques auxiliaires à mettre en œuvre qu’avec des technologies d’entraînement ajoutées à la mécanique existante, mais ces technologies d’entraînement peuvent également être intégrées directement à la mécanique voire comme partie intégrante de la structure, ce qui permet de réduire les dimensions de la mécanique restante.
Condition préalable au changement de méthodes dans la construction de machines et d’installations technologiques, l’électrification de la technologie d’entraînement a déjà été vue dans le secteur de l’ingénierie automobile afin de réaliser des progrès techniques considérables et de gagner en efficacité. Les innovations produites de ces dernières années, qui remplacent les méthodes utilisées auparavant, permettent de penser qu'une évolution similaire est également possible dans le domaine de la construction mécanique.
De nombreuses commandes autrefois mécaniques, hydrauliques ou pneumatiques peuvent désormais être remplacées. En outre, l’ajout de capteurs et d’actionneurs électriques apporte déjà des améliorations qui se traduisent par des gains d'efficacité significatifs par rapport aux mises en œuvre traditionnelles.
Les technologies d’entraînement électrique ne pourront pas toujours remplacer les entraînements pneumatiques et hydrauliques selon les situations rencontrées. Il est donc important d’au moins essayer de réduire l’alimentation en pression et de trouver des alternatives plus économiques.
Ainsi, plutôt que de s’appuyer sur des pompes à piston pour générer de la pression et la maintenir à un niveau élevé, cette dernière devrait être produite à la demande. Cela fait quelques années déjà que cela a été rendu possible grâce à l’utilisation de commandes de moteur très réactives, capables d’entraîner des pompes à engrenages internes très efficaces via des servomoteurs rapides. Cela signifie que la pression du fluide peut être fournie suffisamment rapidement en cas de besoin. En outre, par rapport à la génération de pression hydraulique classique, cela permet non seulement de diminuer de moitié la consommation d’énergie habituelle, mais aussi de réduire considérablement l’espace nécessaire.