Qu'est-ce que la fabrication assistée par ordinateur (FAO) ?

La fabrication assistée par ordinateur (FAO) est généralement un logiciel capable de créer des instructions dans un langage (code G) que les machines industrielles comprennent pour fabriquer des produits physiques. Il est principalement utilisé pour convertir des dessins numériques, créés dans un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO), en pièces réelles sur des machines à commande numérique par ordinateur (CNC). Le diagramme suivant montre comment le travail se déroule dans un tel système :

Alors que les idées de produits sont conçues et élaborées en CAO, la FAO définit les coordonnées, le mouvement, la vitesse et la profondeur de coupe pour les machines-outils, notamment les broyeurs, les tours, les meuleuses et les perceuses. Par exemple, le logiciel de FAO peut avoir défini :

• Modèle de trous percés dans un support de moteur sous le capot de votre voiture.
• Le parcours d'outil suivi par le laser pour découper le matériau de vos chaussures.
• Les coordonnées exactes qu'une défonceuse a suivies pour sculpter le cadre de votre smartphone.

Il convient de noter que la FAO fait parfois référence aux machines ainsi qu'aux logiciels impliqués dans la production. Pour les besoins de ce blog, nous utiliserons la définition du gouvernement américain, qui se concentre davantage sur les logiciels. Mais quelle que soit la définition retenue, le résultat est toujours un processus de fabrication précis, rapide et reproductible.

La FAO est essentielle à la fabrication moderne, et ce pour de bonnes raisons. Elle a révolutionné la façon dont les produits sont fabriqués aujourd'hui. Les entreprises qui adoptent cette technologie sont plus efficaces, plus rentables et plus aptes à se développer.

La FAO permet d'économiser du temps et de l'argent de multiples façons :

Vitesse : si vous avez déjà vu une machine CNC en action, vous avez probablement remarqué que ses mouvements sont à la fois rapides et efficaces. Ces mouvements sont définis par le système de FAO, qui optimise les trajectoires d'outils et minimise les mouvements numériquement dans les instructions qu'il envoie à la machine. Cela permet d'augmenter la productivité et de réduire l'usure des machines et des outils.

Répétabilité : Une fois qu'un programme de FAO a été créé et testé, les opérateurs peuvent facilement le réutiliser. Ainsi, si une entreprise souhaite remettre en production la pièce de l'année dernière, elle peut utiliser les mêmes instructions que celles qui ont permis de créer la pièce d'origine. Les nouvelles pièces sont des répliques exactes de la série précédente. La réutilisation ou même la légère adaptation de conceptions éprouvées permet aux entreprises de gagner un temps considérable en termes de préparation et d'essais.

Intégrations : Les systèmes de FAO peuvent fonctionner directement avec la CAO, le PLM et les machines à commande numérique, de sorte que les données numériques circulent sans interruption, sans traducteur et sans intervention humaine.

Travail : Les machinistes ne positionnent plus les matériaux manuellement, ne définissent plus les parcours d'outils et ne guident plus les outils à la main. Tout est automatisé. Grâce à la FAO, la main-d'œuvre qualifiée peut effectuer des tâches de plus haut niveau, telles que la planification et l'optimisation des flux de travail et la supervision du contrôle de la qualité.

La FAO peut également minimiser les déchets. Les entreprises peuvent ainsi économiser de l'argent et atteindre leurs objectifs en matière de développement durable.

Capacités de simulation : Les logiciels de FAO peuvent utiliser des outils de simulation numérique pour réduire les déchets pendant la production. En coupant et en perçant juste ce qu'il faut, le système peut être en mesure de créer plus de pièces à partir d'une seule pièce de matériau ou de travailler avec moins de matériau au départ. Et comme la FAO crée un programme reproductible, ces économies sont multipliées à chaque fois que le programme est exécuté.

Automatisation : Le processus étant précis, automatique et reproductible, il y a moins d'erreurs. Cela signifie moins de pièces mises au rebut et donc moins de déchets.

La FAO garantit la robustesse de la production et la qualité des produits. Elle y parvient de plusieurs manières :

Planification : Les capacités de simulation du logiciel permettent de prévoir les défaillances de production, telles que les collisions d'outils ou les tensions sur les matériaux, avant le début de la production physique.

Précision : Les machines commandées par ordinateur peuvent guider les outils avec une précision de 0,01 mm ou moins, ce qui garantit une déviation minimale par rapport aux spécifications de conception.

Contrôle : Pendant la production, les systèmes de FAO s'autocontrôlent à l'aide de capteurs de mesure et de retour d'information, afin d'assurer un contrôle continu de la qualité.

Autocorrection : En réponse à la surveillance, le système peut également ajuster les machines en temps réel pour maintenir la précision, le tout sans retarder la production ni nécessiter d'intervention humaine.

Certaines machines ne peuvent pas être utilisées en dehors des systèmes de FAO, notamment les fraiseuses multi-axes. En effet, ces machines nécessitent une coordination complexe et des parcours d'outils pour travailler simultanément sur des coordonnées multiples, ce qui ne peut se faire facilement sans ordinateur.

En minimisant l'intervention humaine et en simulant numériquement le processus de production à l'avance, les systèmes de FAO réduisent le risque d'erreurs d'opération et de dysfonctionnement des équipements, créant ainsi un environnement plus sûr et mieux contrôlé dans l'atelier.

Une fois qu'un programme de production a été testé et s'est avéré fiable, il peut être réutilisé sur plusieurs machines. Il est donc facile pour les fabricants de passer du prototype à la production de masse sans compromettre la précision ou la qualité.

Bien que la FAO ait ouvert de nombreuses possibilités aux fabricants, les entreprises doivent faire face à de nouveaux risques et à de nouvelles limites qui vont de pair avec le territoire :

Les systèmes de FAO nécessitent des machines coûteuses dotées d'une technologie d'automatisation avancée et de commandes de précision. En outre, le logiciel de FAO utilisé pour programmer ces machines peut coûter aussi cher que le matériel ! La bonne nouvelle, c'est que certains de ces coûts sont devenus plus gérables ces dernières années grâce à l'introduction de la tarification par abonnement, qui peut réduire de manière significative la barrière à l'entrée.

Travail

Pour mettre en place et entretenir les systèmes de FAO, les opérateurs doivent posséder des connaissances qui vont au-delà des compétences traditionnelles des machinistes. Ils doivent comprendre les intégrations CAO, comprendre le code G et se familiariser avec des méthodes de fabrication plus complexes que jamais. Ainsi, si la FAO réduit le travail manuel, elle exige une main-d'œuvre hautement spécialisée. Ces spécialistes coûteront plus cher à trouver, à former et à retenir.

Obsolescence

Tout comme les ordinateurs portables et les téléphones mobiles, les systèmes de GPAO deviennent obsolètes à mesure que la technologie progresse chaque année. Les entreprises doivent mettre à jour leurs logiciels ou risquer de se laisser distancer par leurs concurrents. Même celles qui s'accrochent à des systèmes plus anciens trouveront de plus en plus difficile et coûteux de trouver de l'assistance. Cela engendre des coûts permanents qui ne sont pas nécessaires pour les machines industrielles traditionnelles.

Cybersécurité

Pour être clair, les instructions et les données de la FAO sont des propriétés intellectuelles et doivent être mises en sécurité et protégées comme un actif de l'entreprise. Le vol de données peut entraîner des pertes financières, des interruptions de production et des temps d'arrêt. Les entreprises qui utilisent la FAO doivent se préoccuper des pare-feu, du cryptage et des cyberattaques d'une manière qui n'était pas nécessaire pour les machines traditionnelles.

Il n'est pas exagéré de dire que la FAO a lancé une troisième révolution industrielle. Elle a été adoptée par la plupart des secteurs de fabrication, notamment l'automobile, l'électronique grand public, l'aérospatiale, l'industrie pharmaceutique, les appareils médicaux et la robotique. Toutes ces industries bénéficient des avantages décrits ci-dessus. Les résultats sont évidents partout où l'on regarde :

Les produits sont plus sophistiqués et les cycles de production plus courts grâce à la FAO. Même si vous ne travaillez pas dans le secteur de la fabrication, vous pouvez constater l'impact de la FAO dans tous les domaines, des voitures aux smartphones en passant par la conception de chaussures. La FAO est souvent la raison pour laquelle des produits plus innovants peuvent être mis sur le marché en quelques mois, plutôt qu'en quelques années. En effet, les entreprises peuvent utiliser la FAO pour prototyper rapidement de nouveaux composants, les tester numériquement et effectuer des modifications de fabrication instantanément.

L'industrie est globalement plus sûre grâce à la FAO. Grâce à une automatisation optimisée, moins de personnes doivent interagir avec des pièces en mouvement ou des matériaux potentiellement dangereux. En fait, la FAO est la clé de la fabrication "lights out", une approche de la production tellement automatisée que les machines travaillent en continu, sans aucune présence humaine. Cela signifie un minimum de levage et de positionnement de charges lourdes, moins d'interaction avec des outils tranchants et une exposition réduite aux produits chimiques et aux particules.

La FAO permet également aux entreprises d'être plus agiles. Grâce aux programmes réutilisables et à la simulation numérique, les entreprises peuvent plus facilement se réoutiller en réponse à de nouvelles innovations, s'adapter à l'évolution des tendances industrielles et augmenter leur production sans temps d'arrêt important. Les entreprises qui adoptent cette technologie sont donc plus compétitives sur le marché mondial.

Le processus de CAO à FAO décrit simplement le transfert des données de conception dans le système de fabrication. Un ingénieur crée un modèle numérique d'un produit dans le logiciel de CAO. Le fichier de conception peut inclure la géométrie, les mesures, les spécifications des matériaux, les coordonnées et d'autres propriétés nécessaires pour décrire le modèle exact. Il peut également être testé numériquement, afin de s'assurer que la pièce tiendra pendant la fabrication et sur le terrain.

Une fois entièrement préparé, le fichier CAO peut être directement importé dans le logiciel de FAO, qui l'utilise alors pour définir les processus machine nécessaires à la création de la version physique du modèle. Par exemple, comment et où une pièce brute doit-elle être coupée ou percée ? La FAO crée les parcours d'outils, définit les paramètres tels que la vitesse et la profondeur de coupe, et calcule l'orientation la plus efficace de la pièce sur la machine.

En l'absence d'un processus CAO/FAO entièrement automatisé, un ingénieur ou un opérateur peut être amené à saisir manuellement les données CAO dans le système FAO, ce qui peut entraîner des erreurs et une perte de temps.

Comme nous l'avons vu précédemment, les systèmes de FAO travaillent en étroite collaboration avec les machines CNC pour produire des pièces physiques. Le système de FAO crée des parcours d'outils et des paramètres d'usinage sur la base du modèle de CAO et génère un code G spécifique à la machine qu'une machine CNC peut comprendre.

Notez que le code G est généralement transmis à la machine directement via une connexion réseau, de la même manière que vous envoyez une lettre à une imprimante. Mais il peut également être enregistré sur un support externe, puis transféré physiquement à la machine. Cette méthode est utile lorsque les systèmes ne sont pas en réseau, ainsi que pour la réutilisation sur plusieurs machines.

La machine CNC exécute ensuite le programme, en choisissant les outils et en effectuant les opérations demandées.

Les machines CNC modernes sont équipées de capteurs capables de détecter des problèmes potentiels tels que l'usure des outils, les vibrations excessives et l'augmentation de la température. Les systèmes de FAO avancés peuvent utiliser les données de ces capteurs pour ajuster les instructions d'usinage. Le système de FAO peut ajuster les parcours d'outils, la vitesse, les changements d'outils, etc. En temps réel, cela permet d'optimiser l'efficacité, de maintenir la précision et d'éviter les temps d'arrêt. Le système de FAO peut même utiliser les données du capteur pour améliorer les performances des futures séries de production.

Si la FAO est généralement associée à l'automatisation des processus machine, il convient de noter qu'elle peut également inclure des fonctionnalités de planification et d'ordonnancement du fonctionnement des équipements, de stockage de la documentation et de gestion des bibliothèques d'outils. De nombreuses entreprises intègrent également leurs systèmes de FAO à des logiciels de planification des ressources afin d'optimiser la disponibilité des matériaux et des outils.

AAu fur et à mesure de l'évolution des systèmes de FAO, on peut s'attendre à ce que leur importance aille bien au-delà de la machine à commande numérique, pour s'étendre à tous les domaines, des lignes de production aux chaînes d'approvisionnement.