28 February 2012
Les entreprises qui fabriquent des pièces très complexes en petites quantités ont besoin de programmes CN fiables. Sinon, elles perdent trop de temps pour le « rodage ». C’est pourquoi Rohde & Schwarz a décidé de remplacer l’environnement de programmation existant pour le fraisage et le tournage par le système de CAO/FAO TopSolid de Missler Software.
Le groupe Rohde & Schwarz spécialisé dans l’électronique est un fournisseur majeur de solutions dans les secteurs métrologie, radiodiffusion, radiosurveillance, radiolocalisation et communications sécurisées. Fondée il y a plus de 70 ans, l’entreprise indépendante propose ses prestations de services et un réseau de service très dense dans plus de 70 pays. Lors du dernier exercice 2006/07 qui s’est achevé le 30 juin 2007, l’entreprise et ses 7 200 employés ont réalisé un chiffre d’affaires de 1,4 milliard d’euros. Le siège de la société est à Munich.
La communication sans fil progresse. De l’accès Internet via WLAN aux oreillettes Bluetooth pour téléphone portable, la transmission radio est partout. Les appareils de mesure Rohde & Schwarz avec lesquels les fabricants de systèmes de téléphonie mobile peuvent contrôler et étalonner leurs produits permettent d’éviter toute interférence. Outre des instruments de mesure, ce groupe international spécialisé dans l’électronique produit des appareils de radiocommunication, de radiodiffusion et de télévision. Rohde & Schwarz fabrique par exemple des émetteurs pour la télévision numérique terrestre. « Un marché en plein essor », déclare Paul Hauner en charge de l’application FAO à l’usinage par enlèvement de copeaux sur le site de Teisnach.
L’usine de Teisnach qui emploie plus de 1 100 personnes qualifiées est, au sein du réseau d’usines de Rohde & Schwarz, le centre de fabrication mécanique et électronique. Située dans la forêt de Bavière, elle assure non seulement l’usinage de composants de boîtier et de circuits imprimés pour ses propres produits mais aussi la fabrication de composants complexes pour d’autres clients. L’éventail des prestations proposées par les spécialistes de la fabrication va de la conception de matériels d’exploitation au montage d’ensembles mécaniques, de systèmes électromécaniques et de machines spéciales, en passant par la fabrication et les traitements de surface. L’usine de Teisnach produit notamment les émetteurs de télévision pour des clients dans le monde entier.
Un système de FAO conçu pour de nombreux systèmes de CAO
Les développeurs produit de Rohde & Schwarz sont sur le site de Munich et travaillent avec le logiciel I-deas de Siemens PLM Software (anciennement UGS) qui sera remplacé prochainement par son successeur, le système NX. Leurs collègues du département Production à Teisnach, en charge de toutes les opérations avant la fabrication, dont la programmation CN, ne doivent pas traiter uniquement les données I-deas. Le logiciel Autodesk Inventor est utilisé pour la fabrication d’outils et de moules. Ils reçoivent de clients extérieurs des composants réalisés avec Pro/Engineer, Catia ou SolidWorks. « Nous avions donc besoin d’une solution de FAO avec des interfaces de qualité », raconte Paul Hauner.
Les données de CAO sont déjà utilisées à Teisnach depuis les années 80 pour la programmation CN. Les spécialistes de la fabrication sont ainsi en mesure de fabriquer des pièces complexes à l’aide de quelques indications de dessin, tout en garantissant la fiabilité des processus et une qualité élevée. Ils créent des programmes de perçage et de fraisage avec Exapt Plus, tandis que dans le secteur du tournage, les choses sont un peu plus disparates. Les utilisateurs programment soit directement sur la machine, soit avec un outil de programmation spécifique à la machine ou un éditeur d’aide, d’où la difficulté de transférer les pièces sur une autre machine. Le parc de machines de Teisnach comprend environ 25 fraiseuses et 17 centres de tournage-fraisage-perçage dont les performances ne pouvaient pas être exploitées en totalité jusqu’à présent par manque de fonctions de programmation.
De plus, les machines mais également les pièces à usiner sont de plus en plus complexes. Rohde & Schwarz avait donc besoin d’une solution FAO avec des fonctions de simulation performantes : « Nous souhaitions disposer d’une pièce brute constamment à jour et pouvoir simuler dans ses moindres détails l’état de la machine du fait précisément que les machines multiaxes entraînent souvent des collisions », explique Paul Hauner. Le fait de restituer l’environnement de production sur l’ordinateur devait permettre de mieux documenter les processus et de les rendre reproductibles. Le programmeur ne devait plus avoir la possibilité d’utiliser des outils qui ne sont pas disponibles dans l’atelier ou des outils de serrage pour lesquels aucun document de définition n’existe.
Des essais…concluants
Rohde & Schwarz a pris son temps pour choisir son système. L’équipe de projet composée de trois personnes, dont Paul Hauner et deux programmeurs CN expérimentés, a d’abord analysé les exigences dans le domaine de la FAO et identifié les systèmes et les fabricants pouvant être retenus.
En 2005, les soumissionnaires retenus ont été invités à des essais de référence sur deux jours au cours desquels ils ont démontré les performances de leurs systèmes sur des pièces types et avec des machines et des procédés d’usinage imposés.
TopSolid a remporté ces essais de référence. Par précaution, le choix de système a été complété par une période d’essais de six mois avec deux machines de fraisage-tournage haut de gamme, ce qui a permis de tester l’ensemble des exigences dans des conditions de série.
Paul Hauner précise que l’une des principales exigences des programmeurs CN était la qualité de prise en charge de l’intégration des modifications : « Chez nous, il n’y a pas de fabrication de prototypes à proprement parler. Pour pouvoir lancer correctement une série et maîtriser les coûts, nous fabriquons les prototypes comme des pièces de série en qualité série. Cela signifie que, lors du lancement initial, une grande partie du savoir-faire en fabrication que nous ne voulons pas perdre lors de changements apportés à la définition est déjà intégrée dans le traitement. Nous devons intégrer ces modifications rapidement et les introduire en fabrication tout en garantissant les processus. »
Mise à jour des programmes CN
TopSolid a su convaincre non seulement par une fonctionnalité de qualité constante en matière d’usinage par tournage et fraisage, il s’est également montré au moins équivalent aux autres systèmes, y compris pour l’intégration des modifications. Le module de conception peut prendre en charge de nombreux formats de CAO et il offre également la possibilité de modifier des fichiers importés, par exemple un déplacement d’arête, lorsque le concepteur n’a pas centré les tolérances. Selon Paul Hauner, pour un système paramétrique ce n’est absolument pas évident. Les défauts de conception sont du reste corrigés dans le système source, sinon il faudrait sans cesse retoucher les composants modifiés.
Rohde & Schwarz est souvent appelé à modifier les composants pendant la phase de préparation. Les programmeurs CN peuvent alors charger la nouvelle version de composant dans TopSolid’Design et voir exactement, à l’aide de la fonction de comparaison géométrique, ce qui a été modifié sur le composant. Les avis de modification ne permettent pas toujours de le voir clairement, comme l’explique Paul Hauner : « La fonction Replace de TopSolid’Cam est un point fort du logiciel Missler Software. Elle permet d’attribuer la nouvelle géométrie à un programme CN existant et de mettre à jour l’usinage par une simple pression de bouton dans le meilleur des cas. Si la forme du composant a beaucoup changé ou si de nouvelles caractéristiques que le programme CN ne connaît pas encore ont été ajoutées, le programmeur doit bien sûr intervenir de manière interactive. »
La possibilité de rattachement de la solution de FAO à la gestion des matériels d’exploitation Walter TDM, laquelle doit être lancée parallèlement à la nouvelle solution de CAO/FAO, a été un critère déterminant dans le choix de TopSolid. Même si Rohde & Schwarz ne fournit pas de matériels d’exploitation sans que le fabricant ne mette alors à disposition des données de CAO dans un format adapté, la restitution des matériels d’exploitation et le rattachement du système TDM à TopSolid’Cam supposaient des efforts considérables. L’application de la solution de CAO/FAO à l’exploitation opérationnelle a donc pris un peu de retard.
Satisfaits du choix de partenaire
Pour n’avoir qu’un seul interlocuteur en cas de problèmes d’interface, Rohde & Schwarz a confié la responsabilité du couplage TDM-TopSolid à Adequate Solutions, partenaire commercial de Missler, qui a d’ailleurs mis en œuvre la solution de CAO/FAO à Teisnach. Lors du choix de la solution de CAO/FAO, la société de services et de conseil en informatique située à Lahr (Lahrer Systemhaus) s’est avérée un partenaire compétent, précisément pour l’adaptation des post-processeurs et le raccordement des centres complexes d’usinage complet. « Nous sommes totalement satisfaits de notre choix de système et de partenaire », confirme Paul Hauner.
Pendant la phase de test, les trois membres de l’équipe de projet ont été formés dans le cadre de plusieurs ateliers de deux à trois jours chacun. Les formations ont eu lieu en interne pour permettre aux utilisateurs de mettre rapidement en pratique ce qu’ils avaient appris. « TopSolid est un système très puissant et donc inadapté aux utilisateurs occasionnels. Cela prend du temps avant de le maîtriser vraiment, confirme Paul Hauner. C’est la raison pour laquelle nous n’exploitons certainement qu’une partie des performances de ce logiciel.
Les utilisateurs ont été agréablement surpris de voir à quel point les stratégies de fraisage proposées par le système sont axées sur la pratique. Il en va de même pour le fraisage à haute vitesse de coupe. Les automatismes sont utilisés très volontiers même s’ils ne remplacent pas le savoir-faire de l’utilisateur qui peut être amené à choisir une autre stratégie ou une autre séquence d’usinage pour éviter une déformation de la pièce. Ce type d’aspect ne peut pas être simulé sur ordinateur. Les opérateurs n’utilisent pas encore la fonction de définition de cycles d’usinage réutilisables pour certains éléments géométriques tels que les alésages. « Nous pouvons encore nous améliorer au niveau de la méthodologie », reconnaît Paul Hauner pour qui le logiciel est encore perfectible. Lors du fraisage, les utilisateurs regrettent par exemple l’absence de possibilité d’insertion automatique de cassages d’angle, alors que, curieusement, cette fonction existe pour le tournage.
Flexibilité lors du serrage
Lorsqu’ils créent leurs programmes CN, les utilisateurs partent généralement d’une pièce finie en 3D, ils créent également la géométrie de la pièce brute, généralement une enveloppe parallélépipédique de section rectangulaire, et calculent l’enlèvement de matière. Pour cela, ils utilisent un modèle sur lequel la machine est préconfigurée au cas de serrage correspondant, ils serrent la pièce et ils l’usinent à l’aide des outils du système TDM. Dans le cas de l’usinage classique à six faces avec des étaux de machine décalés de 180 degrés, on s’est aperçu que l’optimisation de la succession d’outils sur plusieurs opérations de serrage posait un problème. Le système de FAO est alors de peu d’utilité puisque, lors du calcul des trajectoires d’outil dans le cas du premier serrage d’usinage, il ignore encore les outils qui devront être utilisés pour les deux serrages suivants ; pour cela, il lui faut connaître la dernière géométrie de la pièce brute obtenue à l’issue du premier serrage. Adequate Solutions a donc adapté le post-processeur de manière à pouvoir utiliser les outils sans les changer pour les deux serrages suivants.
Chez Rohde & Schwarz, TopSolid est utilisé pour la série uniquement dans certains sous-secteurs car l’équipe de projet travaille encore à la mise en route de l’application et à l’élaboration les méthodes. Quatre types de machines différents, soit la moitié du parc environ, sont reproduits intégralement dans le logiciel de FAO et étalonnés selon la norme TDM. « En principe, les nouvelles machines sont reproduites immédiatement dans le système et celles existantes sont reprises progressivement, à l’exception des machines les plus anciennes dont le taux d’utilisation est stable, c’est-à-dire celles sur lesquelles on fabrique essentiellement des pièces existantes avec des programmes existants, explique Paul Hauner. La reproduction de telles pièces dans TopSolid n’est pas rentable. »
Des temps de « rodage » nettement plus courts
À Teisnach, trois postes de travail sont équipés actuellement du logiciel Missler Software sous le système d’exploitation Windows XP. Il s’agit à proprement parler d’une installation en réseau dotée de trois licences de TopSolid’Design et TopSolid’Cam Me, le module pour le fraisage 3 axes, utilisables en même temps. Le module de tournage TopSolid’Turn possède deux licences d’exploitation de réseau et le module de fraisage à 4 et 5 axes une. Pour la programmation des opérations de perçage et de fraisage, il existe également neuf autres licences Exapt installées à demeure et qui seront remplacées progressivement par TopSolid. Toutefois, elles ne sont pas utilisées du matin au soir car les opérateurs de machine créent également des programmes CN en plus de leur travail.
Paul Hauner estime que, dans la phase de développement final, Rohde & Schwarz installera TopSolid sur sept postes de travail. Il est prévu de relier le logiciel au système de gestion de (données) de produits Teamcenter Engineering utilisé à l’échelle de l’entreprise et qui pilote déjà la mise à disposition des données de CAO. Une gestion centrale des programmes CN et de toutes les informations relatives à la fabrication est importante pour l’entreprise afin de comprendre la réalisation de chaque niveau de conception, comme le souligne Paul Hauner. Ce dernier estime qu’il est encore trop tôt pour se prononcer sur les avantages du projet, même si une réduction considérable des temps de programmation et de « rodage » est déjà prévisible : « L’objectif du projet était de diminuer les coûts de programmation de 30 % et les temps de préparation et de « rodage » de 20 %. Nous serons nettement au-delà de cet objectif, notamment pour les temps de « rodage. » Quand on sait qu’il faut parfois plusieurs équipes pour le « rodage » de composants complexes, on peut alors imaginer aisément ce que ce gain de temps représente en termes de taux d’utilisation des machines.
Une réduction des coûts de programmation est rendue possible non seulement grâce à la programmation CN plus rapide avec TopSolid mais aussi parce que la recherche d’outils et de documents de fabrication est plus rapide. Parallèlement, le logiciel Missler Software garantit des programmes CN de meilleure qualité et plus fiables et contribue à éviter les erreurs qui coûtent cher. Paul Hauner raconte qu’un jour quelqu’un a omis de mentionner dans la documentation un décalage de deux dixièmes de millimètre sur un alésage et que cela a coûté plusieurs milliers d’euros : « A l’ avenir, ce type d’erreur pourra être détecté à temps, grâce à TopSolid. »
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