À plein régime sur la chaîne de production

Le jumeau numérique facilite la création de modèles de simulation pour les systèmes complexes. Un récent projet de recherche mené conjointement par Volkswagen et Siemens montre comment cette approche permet d’améliorer l’efficacité des chaînes de production.

Travailler ensemble pour la sécurité des travailleurs

Alors que des robots industriels assemblent des véhicules particuliers dans les usines de production de Volkswagen, la sécurité des travailleurs est primordiale. Une erreur logicielle pourrait entraîner des accidents graves et des pertes matérielles importantes. La mise en service virtuelle permet de réduire les temps d’arrêt nécessaires à la mise en service physique, mais elle prend environ six semaines. Siemens et Volkswagen se sont donc attelés à réduire ce délai, dans le cadre du projet « Maya », financé par l’Union européenne et désormais achevé.

Accélérer la mise en service virtuelle chez Volkswagen

Combinez les éléments à votre guise pour créer un nouveau processus de simulation

Les modèles de simulation existants étaient basés sur différents outils spécifiques au domaine. En utilisant le cadre de simulation « Maya », Volkswagen peut maintenant combiner des modèles de différents simulateurs.

Réaliser une co-simulation et effectuer des vérifications pour garantir la réussite du projet pilote

Les modèles de co-simulation combinent les modèles existants de la porte de sécurité, de la table d’indexation rotative et du robot de fabrication pour former un système virtuel d’assemblage du hayon.

Réduction des coûts pour la mise en service virtuelle

Près de 70 % des utilisateurs et des testeurs pilotes chez Volkswagen sont convaincus que la co-simulation permettra de réduire considérablement les coûts de la mise en service virtuelle.

Des modèles individuels multiples à la co-simulation

Un ensemble de hayon Volkswagen assemblé par une machine Siemens.

Systèmes complexes, documentation exhaustive

Une porte de sécurité, une table d’indexage rotative et un robot sont les trois éléments nécessaires à l’assemblage du hayon. Le robot prélève le hayon sur la table d’indexage rotative, qui bascule d’abord dans la position correcte, puis le transfère vers la station suivante. La porte de sécurité fermée protège le personnel de l’usine, mais doit être ouverte lorsqu’un nouveau hayon est placé sur la table.

« Une chaîne de production comme celle de VW est complexe », explique Veronika Brandstetter, experte en simulation au sein de l’unité de recherche et développement Corporate Technology (CT) de Siemens. « Les composants individuels peuvent être des développements internes ou des produits achetés à l’extérieur. Dans la plupart des cas, la documentation administrative et technique est déjà disponible, ainsi que des modèles présentant différents niveaux de détail et utilisant divers systèmes de notation. »

La mise en service virtuelle est standard, mais prend du temps

La mise en service virtuelle n'a rien de nouveau pour VW : « Avant de mettre en service la véritable usine de production, ou même de nouveaux composants individuels, nous effectuons toujours une mise en service virtuelle », explique Torben Meyer, chef de projet Volkswagen. Cela signifie que nous testons d'abord les fonctions à l'aide d'un modèle virtuel du système, ce qui garantit que la mise en service réelle, qui implique l'arrêt de l'usine à un coût élevé, se déroule le plus rapidement possible.

Les chefs de production doivent prévoir environ six semaines pour commander virtuellement une ligne de production. Environ les deux tiers de cela sont nécessaires pour créer le modèle de mise en service virtuel en premier lieu.

« Le processus de création d'un modèle comme celui-ci peut être rendu beaucoup plus rapide et plus efficace si les responsables sont capables d'utiliser des sources existantes et bien entretenues », observe Brandstetter.

Une vision d’un système modulaire

La rétro-ingénierie constitue une étape fastidieuse et source d’erreurs. Elle consiste à recréer le modèle de comportement des composants existants en partant de l’original et en procédant à rebours. « Les responsables de la mise en service virtuelle sont confrontés à un défi fastidieux et source d’erreurs : rassembler toutes ces informations auprès de nombreux collaborateurs issus de différents services », explique M. Brandstetter.

L’idéal serait de mettre à disposition les modèles de simulation et les informations associées dans une bibliothèque, ce qui permettrait de rassembler rapidement ces éléments pour créer un système virtuel complet. « Nous disposons déjà d'éléments de bibliothèque pour de nombreux composants du système », précise M. Brandstetter. « Mais cela reste encore une exception pour les produits achetés. L’objectif est d’imposer le jumeau numérique de test comme norme. »

Tout mettre en place

Le défi consiste à créer un système virtuel complet à partir de ces composants numériques, qui proviennent de sources diverses, présentent des niveaux de détail variés et évoluent dans des environnements différents — et qui, en général, ne peuvent pas être directement combinés entre eux.

C’est là qu’interviennent les experts de Siemens : « C’est particulièrement difficile lorsque les modèles de simulation reposent sur des outils différents, spécifiques à chaque domaine. Dans le cadre de notre projet de recherche, nous nous sommes attachés à trouver une solution à ce problème », explique M. Brandstetter. « Pour l’assemblage du hayon, par exemple, nous avons dû prendre en compte trois environnements distincts (Process Simulate, Amesim et PLCSIM Advanced), qui simulent ou émulent la cinématique 3D

Une installation de production de Volkswagen avec un grand bâtiment et des machines au premier plan.

Lancement d’un programme pilote révolutionnaire

« Le Maya Simulation Coordinator coordonne les flux de travail des différents simulateurs pour créer un système unique et complet », explique M. Brandstetter. « Des approches similaires existaient déjà dans le domaine du développement automobile, mais pour le développement d’usines de fabrication, comme notre projet pilote pour VW, il s’agit d’un processus inédit. »

Le logiciel de commande pour l’assemblage du hayon a fait l’objet d’un projet pilote utilisant la co-simulation. Des modèles de simulation viables existaient déjà pour le comportement cinématique 3D et le comportement électrique des trois composants, mais pour des environnements de simulation différents et avec des caractéristiques spécifiques. Dans le cadre de simulation Maya, ils ont été combinés avec le logiciel de commande pour former un système virtuel d’assemblage de hayon, qu’ils ont ensuite pu vérifier.

Regard vers l’avenir

Les utilisateurs et les testeurs de Volkswagen ont été impressionnés par cet exemple. Près de 70 % d’entre eux sont convaincus que la co-simulation permettra de réduire considérablement les coûts de la mise en service virtuelle. Torben Meyer, de Volkswagen, se réjouit également : « Nous pensons que la co-simulation offre un potentiel considérable pour réduire le temps nécessaire à la mise en service sur nos lignes de production. »

Un groupe de personnes en tenue formelle debout ensemble dans un cadre de bureau.

Nous pensons que la co-simulation offre un potentiel majeur pour réduire le temps nécessaire à la mise en service dans nos lignes de production.

Torben Meyer, Chef de projet, Volkswagen

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