Gestion des outils numériques :plusieurs concepts commencent à converger

L'accent mis sur la numérisation dans la conception et l'usinage a mis en évidence l'importance et les avantages de systèmes de gestion d'outils numériques (DTM) plus sophistiqués. Bien que cela ait généré un degré élevé de différenciation et une certaine confusion concernant une définition de système généralement acceptée, cela a entraîné une évolution des objectifs et des capacités qui sont à la fois plus complets et plus centrés sur le client.

Alors que de nombreux développements antérieurs dans la fabrication impliquant à la fois du matériel et des logiciels ont été marqués par des rivalités d'entreprise entre les constructeurs et les développeurs qui ont entravé le processus, les progrès des systèmes de gestion d'outils ont été beaucoup plus coopératifs et donc plus rapides et plus efficaces.

Parmi les moteurs ayant un impact sur le développement du DTM figurent :le besoin de gestion des outils dans les systèmes automatisés et de plus en plus dans la production de pièces complexes en petites et moyennes séries au niveau de l'atelier; l'établissement de normes telles que ISO 13399; des programmes coopératifs tels que MTConnect et plusieurs sous-programmes sous l'égide d'Industrie 4.0 ; et la demande des clients pour des systèmes offrant une plus grande efficacité, plus de flexibilité et, si nécessaire, des relations avec plusieurs fournisseurs.

À l'heure actuelle, les offres de systèmes vont de modules individuels exécutant des fonctions limitées à des ensembles globaux s'étendant de la station CAM à l'atelier. Corsin Buerer, responsable de la start-up, gestion des données de fabrication chez Siemens PLM Software (Plano, TX), a déclaré :« Nous considérons le DTM comme un élément clé du système d'information total, y compris le logiciel pour organiser les différents aspects des exigences d'outillage, la capacité pour répondre aux besoins d'automatisation et une capacité à intégrer l'outillage dans la fonction FAO. Bien sûr, en raison de l'éventail de clients que nous servons, nous devons être en mesure d'offrir une large sélection de configurations qui s'adaptent aux besoins individuels des fabricants. »

Alexander Zoller, président de Zoller Inc. (Ann Arbor, MI), visualise le système DTM comme un « jumeau numérique » pour tous les processus de fabrication pertinents. « Notre système comprend une bibliothèque numérique d'outils jumeaux, ainsi que des informations fonctionnelles complètes sur l'usinage/l'outillage, qui incluent la machine, le porte-outil, les spécifications de l'outil, la géométrie et toute autre donnée requise tout au long du processus. Les informations doivent être accessibles à tous, du programmeur FAO à la direction de la production. »

En évaluant les fonctionnalités qui seront cruciales pour les nouveaux systèmes DTM, Jeff Rizzie, directeur des ventes d'usinage numérique, Amériques, pour Sandvik Coromant (Fair Lawn, NJ), adopte une perspective large. "Alors que de nombreux fabricants commencent généralement par un système min/max de base pour réapprovisionner les outils, nous considérons le développement de systèmes complets comme essentiel pour l'avenir. En construisant ces systèmes, notre objectif principal est d'offrir de meilleures façons de fournir des données en fonction de la façon dont ces informations seront consommées par le client."

La sensibilité du client est essentielle au processus. "Nos offres incluent l'intégration complète de toutes les informations et processus liés au processus de fabrication", a déclaré Gregg Bigleman, directeur, Amérique du Nord, pour TDM Systems (Schaumburg, IL). « Cela permettra aux entreprises de passer plus facilement à une production intelligente liée au numérique. L'élément critique est que tout provient d'une base de données unique."

La disponibilité des données d'outils est également considérée comme essentielle par Tyler Martin, technicien STEP chez Seco Tools LLC (Troy, MI). « La disponibilité facile des données est essentielle. Nous mettons à disposition les informations de nos outils via des modules téléchargeables depuis le cloud. Notre conformité à la norme ISO 13399 garantit aux clients que les informations correctes seront là quand ils en auront besoin et [seront] faciles à comprendre."

Walter AG (Tübingen, Allemagne) a été l'un des premiers défenseurs des systèmes de gestion d'outils et offre aujourd'hui une capacité de service complète aux gros clients. Florian Böpple, responsable de la fabrication numérique, a déclaré :« Nos premiers efforts en matière de gestion des outils comprenaient des distributeurs automatiques. Aujourd'hui, nos systèmes logistiques nous permettent de nous associer à une entreprise en intégrant une offre globale lui permettant de se décharger de la fonction de gestion des outils. Dans l'état d'expansion le plus élevé, nous plaçons des personnes à temps plein chez les clients et achetons tous les outils, même certains auprès de concurrents. Nous nous occupons du préréglage, de l'exploitation technique et de l'optimisation sur les machines. Cela permet au fabricant de se concentrer sur son cœur de métier et de laisser la gestion des outils entre les mains de professionnels."

En tant que véhicule d'intervention, le DTM évoluera de manière à combiner les avancées de la fabrication et la vision des entreprises d'outillage impliquées. Comme l'a dit succinctement Alexander Zoller :"Fonctionnellement, il y aura un nouveau système chaque année."

Bigleman de TDM System a souligné la nécessité de "connecter plusieurs installations partout dans le monde", ce qui fournira des gains d'efficacité continus. Chez Siemens, Buerer, senior product marketing manager, a souligné la progression logique du DTM depuis ses débuts :« Nous sommes passés du développement d'une bibliothèque d'outils numériques à des systèmes dédiés à la gestion physique des outils. Cela inclurait à la fois l'emplacement de tout outil dans le processus de fabrication ainsi que les outils en stock, car cela pose des défis continus dans un environnement de production en cours."

Rizzie de Sandvik Coromant a également cité la voie du développement du système. « Historiquement, les systèmes de gestion d'outils étaient basés sur des calculs statiques d'inventaires d'outils et les mises à jour correspondantes. Dans l'environnement moderne, cela est obsolète et nous devons passer à des tendances dynamiques à partir de données en temps réel, y compris l'état de la machine. En effet, nous passons de systèmes discrets à des systèmes interactifs. »

Walter travaille à un concept multicanal grâce à l'utilisation de « cockpits » de gestion d'outils. Böpple a expliqué :« Un cockpit développera un rapport pour la direction sur les économies au fil du temps afin de définir les économies définitives dans le processus global en établissant une base de performance. En clair, ce n'est pas au client de connaître les données de l'outil logistique. En intégrant notre expertise, nous pouvons fournir des informations plus significatives et efficaces, en particulier en ce qui concerne le processus d'usinage. Un cockpit supplémentaire nous fournira à Walter les données de performance qui nous permettront d'améliorer les performances de l'outil. »

Contributions et demandes des clients

Les contributions et les demandes des clients sont des facteurs importants dans l'amélioration des systèmes de gestion des outils numériques. La synthèse résultant des besoins des clients et de l'expérience des fabricants d'outils apparaît comme peut-être le contributeur le plus important à l'expansion des capacités plus standard des systèmes DTM.

Martin de Seco Tools a cité la demande d'amélioration des bibliothèques de données d'outils applicables aux systèmes FAO. "La capacité de FAO sera absolument nécessaire pour que les systèmes de gestion d'outils atteignent leur plein potentiel."
A déclaré Zoller, "Les clients commencent par avoir une vue d'ensemble, puis nous demandent de travailler avec eux pour développer des solutions spécifiques. Par exemple, il y a généralement une perte de temps perçue pour la recherche d'outils particuliers. En introduisant des contrôles adéquats, nous pouvons résoudre ce problème. Nous constatons également d'autres demandes d'applications 3D, ainsi que des capacités mobiles qui peuvent communiquer via un téléphone portable et une tablette."

Le nouveau client envisageant l'installation d'un DTM apporte plusieurs demandes, auxquelles il est possible de répondre de différentes manières. Selon Bigleman de TDM Systems, « Les clients d'aujourd'hui cherchent toujours à étendre et à inclure davantage leur processus de fabrication dans les systèmes DTM. Ainsi, le nouveau client potentiel peut entrer dans l'environnement de fabrication numérique n'importe où dans le processus grâce à l'utilisation de simples améliorations « boulonnées ». Une fois les premières étapes franchies, il est possible de se développer en amont ou en aval sans perdre de données ni d'efficacité."

Rizzie a accepté. « Chez Sandvik Coromant, nous recherchons une plate-forme de démarrage qui permette la connexion d'applications supplémentaires. Dans ce contexte, cependant, il est nécessaire que le fournisseur prouve la manière dont chaque nouvelle application ajoute à la chaîne de valeur."

Alors que la phase de développement initiale de DTM a été en grande partie du ressort des principaux équipementiers et des grands fabricants d'outillage, l'industrie est également peuplée d'une multitude de petites entreprises d'outillage, dont beaucoup entretiennent à la fois des relations de vente et de conseil avec les utilisateurs finaux, en particulier les ateliers de travail. et les petits fabricants. L'évolution vers la numérisation soulève nécessairement la question de savoir ce qu'il adviendra de ces ressources.

Walter’s Böpple voit un « bouleversement » à venir dû autant à la normalisation qu'au DTM. « Il y a eu une lutte permanente entre les fournisseurs de bas niveau et les fournisseurs premium. Ceux qui se trouvent au bas de l'échelle ne sont vraiment pas motivés pour entrer dans des systèmes à quelque titre que ce soit. Leur plus grande menace vient du fait que les outils, en particulier au niveau des produits de base, se ressemblent de plus en plus. »

Zoller envisage une place pour les petites entreprises, à condition qu'elles remplissent les principales exigences. « Les petites entreprises doivent devenir plus efficaces. Nous voyons une opportunité pour eux en couvrant la clientèle plus petite en partenariat avec des entreprises comme la nôtre. En fait, ils remplissent notre catalogue et notre base de données.”

Un certain nombre de sociétés de services comblant l'écart entre les grands fournisseurs de DTM et les petits fabricants d'outillage est également susceptible d'augmenter. Selon Buerer, « les entreprises qui souhaitent sérieusement maintenir leur position et même se développer pourront accéder à des fournisseurs capables d'augmenter leurs données. En outre, les petits fabricants spécialisés dans certaines disciplines d'outillage, telles que le filetage à la fraise, trouveront également une niche et auront l'avantage supplémentaire de s'associer à de plus grandes entreprises fournissant du DTM. »

Un facteur important dans la survie et la croissance des petits fabricants est cité par Martin. "Ces entreprises peuvent non seulement se greffer sur des systèmes existants sous forme de partenariat, mais grâce au cloud, leur capacité de service deviendra plus étendue et plus efficace."

Un soutien supplémentaire pour les petits fournisseurs d'outils prendra la forme de stratégies de plate-forme ouverte incorporées par plusieurs acteurs majeurs. "Nous sommes" indépendants de la marque "", a déclaré Rizzie. « N'importe quel outil peut se connecter à notre système. Je pense que toutes les majors finiront par trouver que c'est le cas grâce à des programmes globaux tels que ISO 13399 et MTConnect."

Le leadership en matière de DTM dont font preuve les principaux fabricants d'outils et leurs clients, ainsi que leurs différentes philosophies et fonctionnalités opérationnelles, soulève la question de l'évolutivité. La mesure dans laquelle des systèmes plus complets peuvent être modifiés en configurations plus compactes, ou modularisés, dépend en grande partie de leurs objectifs inhérents et de leur développement original.

Böpple a noté le degré élevé de différenciation. « Les systèmes DTM les plus efficaces sont par définition complets et, en tant que tels, sont moins accessibles aux petites entreprises. Cela continuera d'être le cas car les grandes entreprises veulent des systèmes capables d'une mise en œuvre immédiate et qui nécessitent non seulement un plan détaillé, mais éventuellement des modifications clés. Les petites entreprises peuvent implémenter des modules au coup par coup, mais en toute honnêteté, ce n'est pas un système holistique."

Martin prévoit que "à mesure que de plus en plus de protocoles deviendront standard, davantage d'aspects du DTM deviendront disponibles pour les petites opérations". Le fait que le système de Seco Tools soit à l'origine une combinaison de plusieurs composants dérivés d'une bibliothèque d'outils étendue et diversifiée rend les systèmes, selon les mots de Buerer, "très évolutifs".

Besoin d'un plan à long terme

Bigleman a cité l'importance d'un plan à long terme dans le développement de tout système. « Chacune de nos propositions est spécifiquement développée pour chaque client en fonction de ses besoins. Il peut commencer simplement et avoir un plan de mise en œuvre par étapes ou intégrer une approche globale dès le départ. »

Rizzie adopte une approche différente et envisage une voie flexible à plusieurs niveaux dans laquelle des packages DTM de petite à moyenne taille incorporant des composants standardisés seront disponibles pour répondre aux besoins des petites opérations.

Une variété croissante de systèmes, de modules et d'approches soulève également la question de la mise en œuvre, qui peut être un facteur décisif lorsqu'il s'agit de la décision d'achat d'un client. Böpple cite l'importance d'une planification complète pour le succès du DTM. « Nous conseillons à nos clients d'imaginer où ils veulent être, et cela va bien au-delà de la gestion des outils. À partir du plan global, nous dérivons une stratégie, puis choisissons et intégrons les meilleurs partenaires et mettons en œuvre la solution. Nous avertissons nos clients de ne pas avoir peur d'apporter des modifications ou d'être submergés par un excès de données. Les résultats sont infiniment préférables à la confusion."

Martin recommande d'intégrer l'ensemble du système en une seule fois :« Cela a du sens non seulement d'un point de vue opérationnel mais aussi d'un point de vue financier. En optant pour un coût unique, le client évite les ajouts et extras imprévus. »

"Une approche prudente concernant une forte implication interne de la part du client est obligatoire", a déclaré Zoller. « Le plus important est de mettre une équipe en place. Cela permet non seulement de gagner du temps, mais aussi de permettre aux personnes les plus familiarisées avec les processus d'avoir une vision interne. Ensuite, hiérarchisez les domaines clés et mettez-les en œuvre par étapes. »

Buerer préconise un changement de paradigme pour les grandes entreprises et une stratégie « démarrer puis développer » pour les plus petites. "Le succès d'un grand système dépend fortement de la préparation et de la formation, et les gens trouvent beaucoup plus logique de saisir l'ensemble du concept en une seule fois. Lorsque cela n'est pas financièrement ou opérationnellement possible, nous vous recommandons de commencer par un département ou un ensemble de machines particulier, de vous renseigner sur le système et de définir le résultat final souhaité, puis de vous développer à partir de là. »

Influence de l'industrie 4.0

Il est clair que les initiatives de l'industrie 4.0 sont une force principale derrière l'adoption du DTM. La vitesse et l'étendue de sa mise en œuvre varient en fonction de l'urgence de l'utilisateur à se conformer aux protocoles.

En matière d'expansion, Buerer voit le besoin de systèmes qui vont au-delà de l'outillage. « Si les entreprises souhaitent augmenter leurs capacités d'automatisation, elles doivent souscrire au besoin de DTM. De plus, les systèmes numériques ne peuvent pas s'arrêter aux outils, mais doivent également inclure la gestion des gabarits et des gabarits. »

Zoller considère le DTM comme « parfaitement adapté aux initiatives 4.0. Le seul moyen efficace d'utiliser toutes les ressources passe par un système partagé. Cela favorise l'efficacité qui affecte positivement le bilan :les dépenses alimentent la salle d'outils d'aujourd'hui et nous nous dirigeons vers une salle d'outils robotisée entièrement automatisée."
Selon Martin, "Le système de fabrication entièrement numérisé doit nécessairement être de nature holistique. Le DTM est un élément essentiel du mix. Les abonnés sont sérieux au sujet de l'Industrie 4.0."

Rizzie a noté :« Au cœur de l'industrie 4.0 se trouve le concept de connectivité. La gestion des outils doit être interconnectée pour fournir les données dynamiques qui enregistrent et auront finalement un impact sur tout, des cycles optimisés à la durée de vie de l'outil."

Bien qu'il y ait un accord général sur la nécessité du DTM, les interprétations divergentes de la manière dont ces systèmes doivent être construits et mis en œuvre et de ce qu'ils doivent inclure conduisent naturellement à une visualisation de la situation de ces protocoles dans un avenir proche à moyen terme. Un autre facteur implique la manière dont le système englobera ou s'adaptera aux méthodes, matériaux et technologies nouveaux et non traditionnels.

Bigleman prévoit une révolution dans les communications :« À court terme, il ne peut plus y avoir de « silos ». La communication doit être claire et l'industrie doit adopter l'idée de communications transparentes dans tous les processus, systèmes et départements. Au fur et à mesure de l'émergence de nouvelles technologies, les fournisseurs développeront les logiciels et le matériel qui les relient tous. »

Zoller prévoit "un développement continu des systèmes DTM qui intégreront naturellement de nouveaux matériaux et technologies, en particulier en ce qui concerne la capacité des clients à fabriquer leurs propres outils".

Böpple pense que le leadership à court terme de l'industrie 4.0 dans l'industrie de l'usinage des métaux sera assuré par les grands équipementiers et les sociétés d'outillage et vise l'optimisation des outils comme objectif principal. « Le fabricant d'outils doit participer au déroulement du processus, depuis la FAO, la planification, l'approvisionnement et l'application. Cela facilitera la recherche plus efficace du meilleur outil, même si cela implique une recherche globale de produits, car nous le fournissons grâce à l'utilisation du GPS. »

En ce qui concerne les nouvelles technologies, il prévoit davantage d'impression de pièces, en particulier dans les industries automobile et aérospatiale, en mettant l'accent sur un poids plus léger et une structure métallique améliorée. Cependant, les outils conventionnels continueront d'être nécessaires.

"Alors que certains clients développent la capacité de créer leurs propres pièces semi-finies, ils doivent en même temps déterminer les méthodes et les outils qui seront utilisés dans le processus de finition", a déclaré Böpple. « Pour la plupart des clients, cela s'appliquera également au processus d'ébauche, d'autant plus que la complexité de l'usinage ne cesse d'augmenter en raison des nouveaux matériaux et alliages. Une telle tâche nécessite une
expérience et des connaissances approfondies, et avec de nombreux experts atteignant l'âge de la retraite, il sera crucial de former de nouvelles personnes."

Selon Buerer, « À court terme, les systèmes DTM seront appelés à fournir davantage de données 3D, ainsi que des capacités de simulation. Une grande partie des données 3D devra provenir des fabricants d'outils qui travailleront avec les clients pour optimiser les avances et les vitesses, minimiser les stocks et ouvrir la porte à un meilleur retour d'information des outils et des processus d'usinage."

Selon Martin, il est essentiel de mettre davantage l'accent sur la création et/ou la récupération rapides de données. Quant aux nouvelles technologies, il estime que « parce que le coût d'entrée est très élevé, l'intégration de la fabrication additive avancée ne sera pas économiquement réalisable pour la plupart des clients. Compte tenu de l'apport requis en termes de matériel, de logiciels et de personnes, le développement d'outils hautement spécialisés serait mieux fait en partenariat avec les fabricants d'outils. »

Rizzie a observé que la connectivité à tous les niveaux sera le principal objectif du DTM à court et à moyen terme. « La connectivité accélérée définira, dans un certain nombre de cas, le besoin d'outils spécialisés, qui dans certains cas nécessitent une impression. Le facteur crucial ici implique le développement de matériaux qui peuvent fournir les meilleurs résultats. »

Les nombreuses directions divergentes dans le DTM indiquent que les protocoles rigides sont inappropriés. Dans un environnement de fabrication dynamique caractérisé par des conceptions révolutionnaires, des matériaux nouveaux et dans certains cas personnalisés, ainsi que des méthodes et des machines inédites il y a peu de temps, la définition traditionnelle d'un « outil » s'est élargie. De même, l'utilisation optimisée de tous les intrants et actifs de la fabrication nécessite des systèmes pouvant accueillir à la fois des fonctions interactives et discrètes. Comme l'a observé Rizzie :"Avec le numérique, nous passons de la connaissance tribale à la connaissance du système."

Bien qu'un segment croissant de la communauté de fabrication reconnaisse la nécessité et l'inévitabilité des systèmes DTM, la compréhension de la façon dont ces protocoles seront définis, mis en œuvre et finalement utilisés varie considérablement. Bien que des normes telles que ISO 13399, Industrie 4.0 et MTConnect aient apporté une certaine structure, de nombreux débats se poursuivent quant à ce que le système devrait inclure (seulement des outils ou des outils, des montages et des équipements auxiliaires), qui devrait être responsable de la gestion continue de le système (personnel de l'établissement par rapport aux fabricants/fournisseurs d'outillage), jusqu'où le DTM doit-il s'étendre fonctionnellement et quels départements doivent être inclus (opérations de fabrication, finances, gestion), et comment le système doit évoluer de la mise en œuvre à l'avenir.

Ce qui aurait pu autrefois être envisagé comme une version plus sophistiquée de la salle à outils est encore compliqué par l'accélération rapide du développement des technologies de fabrication et le défi présenté par des alternatives entièrement nouvelles, y compris la fabrication additive et la nanotechnologie, qui brouillent la définition de ce que constitue un outil.

Parmi les nombreux volets de cette technologie perturbatrice, il semble que les systèmes DTM seront nécessairement hautement personnalisés et en constante évolution en fonction de facteurs tels que la nature des pièces et des matériaux, l'étendue de l'automatisation et les résultats souhaités. De toute évidence, la modularisation continuera à jouer un rôle majeur.