Mises en avant lors du salon EMO, les technologies du futur se préparent entre autres au centre de recherche Leibniz, de l’Université de Hanovre. Ici, 260 chercheurs tentent de « comprendre les problèmes et de trouver des solutions » et surtout de concevoir d’ici quelques années, la première machine-outil 100% autonome. Visite guidée.

L’institut PZH fait partie de la faculté Leibniz d’ingénierie mécanique de Hanovre. Il accueille 4 000 étudiants, et le centre de recherche technologique regroupe 260 chercheurs et 500 étudiants assistants-chercheurs. C’est aussi un des 25 centres de compétences regroupés au sein de Mittelstand Digital, qui assiste les PME et TPE allemandes dans leur transformation digitale.
« Aujourd’hui, les machines sont performantes mais elles sont souvent ultraspécialisées. Demain, les systèmes de production devront être plus flexibles et plus adaptables. L’idée est de concevoir des systèmes plus autonomes avec un haut niveau de productivité et de qualité, quelle que soit la taille du lot », explique le Pr Benjamin Bergman, directeur du centre.
D’un point de vue historique, la conception des machines autonomes a suivi une évolution par étapes. Au stade zéro, il y a une vingtaine d’années, intervenaient uniquement des ouvriers. Au stade 1, les process ont commencé à être « monitorés ». Au stade 2, ils sont automatisés, au stade 3 ils seront semi-autonomes, et enfin au stade 4, entièrement autonomes. Beaucoup d’entreprises en sont actuellement au stade 1, ou 2. Pour arriver au stade 4, la machine devra apprendre à « sentir », à adapter son fonctionnement, à prédire les défauts et à les corriger, avant qu’ils n’apparaissent, pour devenir autonome dans le contrôle de qualité.

Zéro défaut

Pour illustrer ces recherches, cinq aspects sont particulièrement étudiés par l’institut PZH.
1-Comment l’intelligence artificielle permet-elle le monitoring des process. L’exemple est celui de l’usinage d’une pièce complexe. A l’inverse des productions de masse où les données sont établies et rectifiées en fonction des productions précédentes, il s’agit ici d’enregistrer et d’optimiser les valeurs sur un seul objet, de façon à éviter les erreurs directement sur la pièce. La machine mesure en permanence et adapte sa vitesse en fonction des mesures. Elle apprend par elle-même. Les défauts sont réduits à zéro.
2-Comment digitaliser et automatiser des process. Dans ce modèle qui permet la réparation des pales de turbine, la machine est dotée de capteurs qui détectent les défauts pour pouvoir les réparer. La régénération des turbines est automatisée. Les dommages sont classifiés et la surface est traitée au laser. Un procédé intelligent permet de simuler l’état de la pale, d’évaluer sa performance et sa durée de vie.
3-Comment la sensibilité d’une machine la rend plus autonome. Les données de cette prothèse individuelle de hanche ont été préenregistrées. En cours de fabrication, la machine s’adapte en fonction du matériau et de la forme particulière. C’est une production semi-autonome avec amélioration continue, ce qui réduit les défauts et les coûts. De plus, ce qui est appris par la machine sur une pièce est transféré sur une autre pièce de forme différente. La machine apprend au fur et à mesure de ses mesures. C’est un précédé adaptatif qui s’autoaméliore et permet d’atteindre le zéro défaut.

Temps productif plus élevés

4-Comment mettre en place un usinage intelligent. Les pièces défectueuses coûtent très cher et occasionnent des arrêts non productifs. Dans le système proposé, pas besoin de démonter, le test est immédiat. L’analyse des surfaces des pièces et leur polissage est fait en place et juste où cela est nécessaire. Ceci permet de gagner du temps, réduit les coûts et l’usure des pièces. Le process s’adapte aux données. Le temps productif augmente.
5-En quoi la réalité augmentée permet-elle le contrôle de qualité. Le contrôle qualité sur des pièces manufacturées comme des moules de forte densité (500 kg) est une opération complexe. La réalité augmentée consiste à utiliser une image virtuelle du moule au moment de sa fabrication, ce qui permet un contrôle qualité immédiat et en cours de fabrication. C’est un système intuitif et facile à mettre en place.
Une fois ces process maitrisés, la prochaine étape consistera en la fusion de plusieurs techniques, avec en prime le transfert de technologie via 5G pour éviter les câbles complexes. La première machine capable, de faire, de rectifier et de contrôler et d’adapter sa production de façon 100% autonome, devrait, ici, voir le jour dans moins de 20 ans.