L'informatique industrielle

« Modèle de Grafcet à 3 étapes ËTAPE 1 actions associées ttAPE 2 actions associes automate est réalisée à l'aide d'un Grafcet.

C'est une repr ésentation graphique (plutôt que littérale afin d'éviter des malentendus ), utilisant un codage très précis .

Cette schématisation offre également des possibilités d'analyse plus aisées et pertinentes .

Initialement , les automatismes étaient centralisés et devaient répondre à différents besoins , nécessitant des fonct ions sans relations les unes avec les autres .

Une telle architecture engendre des inconvénients majeurs tels que des défaillances globales (l'arrêt d'un seul outil pénalise toute la 1-------------..------------- chaine), une maintenance lourde (la (International Organisation for Standardisation) compréhensible par la machine et appelé post-processeur ou fichier de définition numérique.

Le post-processeur utilise un langage particulier et définit toutes les actions que doit réaliser la machine pour usiner un produit donné.

Le procédé de fabrication est défini par un programme contenant des blocs (ou lignes) .

Chaque bloc concerne une séquence de fonctionnement et est composé de mots (ou instructions).

Chaque mot désigne un ordre donné à la machine .

Le code peut utiliser les symboles suivant, souvent suivi d'une valeur numérique: • La lettre « N » définit le numéro de bloc (ou de ligne) ; • La lettre « G » appelle des fonctions préparatoires, c'est-à-dire des actions programmées de l'outil; • La lettre « F » représente la vitesse d 'avance et la lettre« S »la vitesse de broche (organe sur lequel est fixé l'outil d 'usinage) ; ·La lettre« T »désigne l'outil ou le correcteur d'outil ; • La lettre « M » caractérise les fonctions auxiliaires qui contrôlent la machine, tel que son arrêt, son démarrage , l'activation d'accessoires ou le changement d 'outils ; • Plus ieurs lettres telles que « X "· «Y» et « Z » ou « U », « V n et« W » indiquent des coordonnées abso lues ou relatives des outils ou de l'objet.

La Machine outil à commande numérique (MOCN) est une machine d'usinage automatisée et programmable .

À partir d 'un matériau brut et du fichier de définition numérique , la MOCN façonne l'objet à produire à l'aide d'un ou de plusieurs outils.

La MOCN est donc un appareillage complexe doté d'un système de commande (interfaces et logiciels) qui transmet des instructions à ses différents organes.

On distingue ainsi la partie opérative , les outils de la machine, de la partie commande (appelée« directeur de commande numérique») .

La partie opérative assure différentes actions d'usinage : fraisage, tournage, affutage , perçage, découpage, poinçonnage , pliage ...

Pour chaque outil sont définis des déplacements, des coordonnées , des durées et des vitesses de fonctionnement.

La partie commande est généralement reliée à des calculateurs numériques fournissant le post-processeur mais possède également une interface directement utilisable (et programmable manuellement) par un opérateur .

D 'autre part , en plus des ordres donnés à la machine , la commande numérique reçoit des informations de la partie opérative à l'aide de capteurs, ce qui permet de visualiser , contrôler , adapter ou modifier le fonctionnement des outils.

D'autres équipements composites ont également vu le jour : les centres d'usinage à commande numérique , qui combinent en quelques sortes plusieurs machines outils .

Ils permettent alors la réalisation d'objets complexes , sur la même machine , sans avoir à les démonter .

AUTOMATIQUE Cette technologie permet d 'automatiser des procédures de fabrication par des machines, sans intervention humaine (par opposition à une commande manuelle) .

Les automates sont partout présents dans notre vie quotidienne (par exemple , dans une machine à laver) et pas uniquement dans l'industrie .

On parle généralement d'Automate programmable industriel (API) pour automatiser les machines de système s industriels.

Il possède : - une partie opérative (PO) composée de capteurs, de pré-actionneurs et d 'actionneurs , - une partie commande (PC) qui donne les ordres à la PO en fonction des valeurs d 'entrées (restituées par des capteurs) , de son programme et d'éventuelles consignes de l'opérateur .

Un automate réalise ainsi de façon séquentielle une suite d'opérations distinctes , conditionnées par des évènements .

L'automate se matérialise par une succession de différents états .

Le passage entre deux états distincts est une transition, qui dépend d'une condition précise.

Le résultat du processus est une action .

Ces systèmes sont généralement asservis .

L'objectif est de comparer la valeur à obtenir avec celle réalisée et d'ajuster alors le travail d'un outil.

Les avantages des automatismes sont évidents en termes de productivité , de qualité , de fiabilité , de flexibilité et de sécurité (en particulier pour le travail dans des environnements dangereux ).

La description du fonctionnement d 'un modification d 'une fonction doit tenir compte de l'ensemble du système) et une autonomie nulle de chaque ensemble (un outil seul ne peut être considéré indépendamment des autres) .

L'essor des nouvelles technologies de l'information (NTIC) donne naissance à de nouvelles architectures décentralisée s.

Elles permettent de fractionner les automatismes d'une ligne de production ou d'une usine en plusieurs module s indépendants .

De nouvelles règles de communication interviennent alors pour assurer la connexion entre les API : les bus de terrain et les réseaux .

Bus ET RtsEAux L'automatisme industriel est segmenté en différents compartiments pour répondre aux besoins de pilotage des machines et des processus (le modèle CIM, Computer Integrated Manufacturing, est à l'origine de ce partitionnement) .

Chaque niveau correspond à un bus de terrain ou un réseau.

Celui -ci permet d'échanger les données et de relier sur une même connexion un nombre important de périphériques ou d'équipements .

La classification des bus dépend de la fonction et du type d 'informations à transmettre , du protocole de transmission , du temps de traitement des données, du nombre d'équipements et de leur répartition géographique .

Un Réseau local industriel met en relation les différents organes de production d 'une usine ou d'un système .

Il y a donc une dimension géographique , qui n'est cependant pas fondamentale .

En effet, ce sont les types de connexions qui priment : les communications sont de nature différente entre les matériels et les applications (capteurs , automates, système de FAO ...

) , paramètres qui sont pris en compte dans le choix d 'un réseau .

On distingue aujourd 'hui quatre niveaux distincts interconnectés par des réseaux : - Les bus de bas niveau (« sensor bus » ) interviennent au niveau des capteurs et des actionneurs.

On distingue le modèle AS-i (Actuator Sensor Interface) et le modèle CANopen , maintenant le plus utilisé et qui permet de raccorder jusqu'à 130 équipements .

Le volume d 'informations échangées est faible (le bit) et le temps de réponse très court .

Ces équipements sont exploitables jusqu 'à 100 mètres .

D 'autre part , de nouveaux éléments voient le jour : les composants intelligents (« smart devices »).

Ils sont capables d'interagir entre eux et de gérer certaines fonctions du processus.

L'intérêt est de réduire l'engorgement du réseau ou encore d'accélérer le temps de réponse , - Le niveau Machine concerne les composants , les entrées /sorties , les outils ...

Les données sont de l'ordre du kbit (kilobit) et sont transférables sur environ un kilomètre .

Les réseaux concernés sont lnterbus , CANopen , Fipio , Profibus , DeviceNet.

..

- Le niveau Atelier permet de gérer et de synchroniser des API sur des distances plus importantes (40 kilomètres) mais avec un temps de transfert plus faible , de l'ordre de 500 ms.

Ce sont les réseaux Profibus FMS, Modbus ou Fipway ...

- Le niveau Entreprise n 'a pas de limitation en terme géographique et dans une moindre mesure, sur le volume d'échange.

Par cont re, les temps de transmission sont de l'ordre de la minute .

À ce stade , c'est le réseau Ethernet TCP/IP qui est privilégié, son usage s'étend d 'ailleurs jusqu'au niveau Machine.

Tous ces réseaux sont basés sur un type de communication particulier : le protocole .

Afin d'homogénéiser la description des différents réseaux , le modèle ISO ou OSI {Interconnexion des systèmes ouverts ) a été créé et permet désormais de standardiser la communication entre les équipements hétérogènes d'un réseau.

Il s'organise en sept couches .

Les couches 1 à 4 concernent le transfert des données (communication) tandis que les couches s à 7 traitent de leurs utilisations (applications ).

-Couche 1 (Physique) : elle assure la reconnaissance et le transfert des flux de données brutes : les bits ; - Couche 2 (Liaison de données) : elle assure la connexion , la synchronisation et la transmission des données sans erreur; -Couche 3 (Réseau ) : c'est la zone d'adressage des données gérant leur destination ; - Couche 4 (Transport ) : c ' est la zone intermédiair e entre la tran smission et le traitement.

Elle permet notamment de fragmenter les données tout en contrôlant les erreurs, les pertes , les flux ..

-Couches (Session) : elle gère la connexion et le dialogue entre les stations de travail ; - Couche 6 (Repr ésentation ) : pour que les données soit explo itables par les applications , cette couche assure leur formatage et leur compatibilité ; - Couche 7 (Application) : elle représente les applications qui utilisent le réseau , par exemple une interface utilisateur ou un logiciel.

INFORMATIQUE EN TEMPS RÉEL L'informatique temps réel permet de contrôler un système (app lication s ou automates) dans un temps très court et en fonction de conditions externes.

Le délai de réponse est donc l'indice capital (plutôt que le type de réponse).

On distingue le temps réel « dur " qui ne tolère aucun dépassement de délai (par exemple, un système de contrôle de trafic aérien) et le temps réel« souple " qui supporte ces écarts (tel qu'un système d'acquisition de données GESTION DE LA PRODUCTION Les entreprises sont aujourd 'hui soumises à de fortes pressions concurrentielles sur les marchés qu'elles exploitent.

Elles cherchent donc en permanence à améliorer leur performance globa le et leur compétitivité en réduisant leurs coûts de production , en améliorant leurs productivités et la qualité de leurs produits.

Plusieurs logiciels et systèmes de gestion informatisés ont ainsi été développés dans ce but.

• La supel'llision est un système d 'évaluation et de pilotage d'un procédé de fabrication en temps réel.

Cet outil est en communication directe , via un Réseau local industriel , avec les Automates programmables industriels.

Une application fréquente de ce système est d'éliminer les tâches manuelles de l'opérateur , par exemple pour des raisons de sécurité et en particulier dans des conditions d'utilisation dangereuses .

L'opérateur peut donner des consignes ou appliquer des corrections aux API selon les états de fonctionnement ou les défauts.

• Le Progiciels de gestion intégré (PGI ou ERP en anglais) gère les fonctions opérationnels de l'entreprise, tels que les ressources humaines , les aspects comptables et financiers , les fournisseurs, la distribution ou la vente ...

L'informatique permet de fractionner les différentes activités de l'entreprise tout en partageant le même système d'information .

• La Gestion de la production assistée par ordinateur (GPAO) suit le même raisonnement concernant la production de l'entreprise et propose une conduite p ar module s interconnect és : gestion des stocks, des achats, des commandes , des matières premières, des expéditions ..

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• Le MES (Manufaduring Execution System ) est un puissant outil d'information et d'analyse de la production .

Il permet de suivre en temps réel l'état global de la production aux différents niveaux d 'activités (matières , équipement personnels ).

Son intérêt réside également dans sa capacité d 'étude d'un système, en permettant entre autres, d'éditer un historique et une traçabilité des produits ou encore de suivre l'évolution des performances des équipements .

d'affichage).

Ces procédés sont évidemment soumis à des critères de fiabilité drastiques.

Les applications les plus courantes sont les systèmes embarqués (dans l'aéronautique ou l'automobile), les systèmes de contrôle (en particulier en milieu hostile, tel que les centrales nucléaires) ou encore dans les nouvelles technologies de l'information (par exemple, la réalité virtuelle ou le multimédia) .. »