Les tableaux électriques à l’heure de l’industrie 4.0

Les tableaux électriques et de commande évoluent avec une complexité de plus en plus grande, de nouvelles contraintes (normes, communication, fiabilité, certification…) et des exigences de clients qui obligent pour rester compétitif à revoir les processus de conception, de fabrication et de test. Il est temps de passer à une fabrication 4.0 pour répondre à ces attentes.

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Qu’est-ce que l’industrie 4.0 ?

Ce concept venu d’Allemagne, repris depuis 2013 dans le programme français « Usine du futur », présenté comme la 4e révolution industrielle, vise à développer de nouvelles organisations de production pour fabriquer des produits grâce à des systèmes intelligents (systèmes de simulation, capteurs…). L’usine est virtualisée pour pouvoir simuler et suivre en 3D les produits et les processus, avec des systèmes interopérables et modulaires pour s’adapter aux changements de la demande et à la personnalisation des produits. L’usine 4.0 sera aussi économe en énergie et en ressources.

De la conception assistée par ordinateur…

La CAO a apporté une forte amélioration par rapport au plan « dessiné à la main », ne serait-ce que par la forte diminution du taux d’erreurs de cotation ou de raccordement. Le potentiel de la CAO est bien plus grand, il permet de concevoir et visualiser des produits en trois dimensions, étudier les comportements à travers des simulations numériques, vérifier les contraintes (dimensionnement, écarts minimaux, routage, longueurs de câbles, dissipation calorifique, remplissage des goulottes…) et générer automatiquement la documentation nécessaire aux équipes d’achat et de production : listes et références des composants et matériels, plans d’implantation 2D/3D, plans de perçage ou découpe des tôleries.
Pour Anne Steinberg, responsable Marketing et Communication d’EPLAN France, spécialiste des solutions d’ingénierie logicielles, « dans les bureaux d’études électriques, plus que jamais, les donneurs d’ordre demandent à leurs sous-traitants de prendre en charge un périmètre d’activité de plus en plus large avec une qualité d’exécution et une réactivité sans faille. Les plans, qu’ils soient électriques, hydrauliques ou pneumatiques, doivent être conçus dans les plus brefs délais et être documentés de manière claire, standardisée ; les modifications introduites dans le cahier des charges instantanément prises en compte et répercutées dans les schémas et ce, à n’importe quel stade de la conception du projet. La documentation doit être accessible facilement et permettre les échanges et les mises au point avec le client. La numérisation des armoires électriques comme des faisceaux de câblage évite la réalisation d’un prototype physique… Gain de temps, gain de matériels, tout est pensé pour accroître l’efficacité des équipes et la productivité ! Cette agilité de conception n’est possible qu’avec l’aide d’outils logiciels métier, pensés pour répondre à ces enjeux de modularité, d’automatisation et de prototypages virtuels ».

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C’est l’objectif de la suite logicielle EPLAN Pro Panel qui propose un environnement associant schémas électriques et composants virtuels pour concevoir le prototype virtuel, effectuer le câblage automatique en réduisant les erreurs de conception sans le coût de création d’un prototype réel. Le projet est ainsi visible avant son exécution.
IXE+XAO de son côté propose son logiciel SEE Electrical 3D Panel conçu pour prendre en compte automatiquement les contraintes de fabrication dès la phase de conception des armoires et pouvant s’interfacer avec les logiciels 3D du marché.
Des constructeurs d’appareillage proposent également des logiciels pour la mise en armoire ou tableaux de leurs produits pour des tableaux destinés en général au marché de l’immobilier et petit tertiaire, les clients étant les artisans, petits installateurs ou tableautiers. Pour ces professionnels, Schneider Electric met à disposition le logiciel ecoreal630 en libre accès pour la conception des tableaux standard et communicants jusqu’à 630 A. Selon Frederic Bastin, Product Manager de Schneider Electric, « avec ecoreal630 le client va construire son réseau à partir des caractéristiques techniques. Le logiciel va aller chercher le meilleur appareil avec les bonnes caractéristiques et au meilleur prix dans le catalogue. Le logiciel permet en un clic de proposer une solution communicante du tableau avec un solution plug and play ».

D’autres fabricants d’appareillage comme Legrand ou Hager ont développé leurs propres logiciels pour la conception/implantation de tableaux à partir de leur catalogue de produits mis à jour en permanence.

… à la fabrication assistée par ordinateur

La fabrication assistée par ordinateur (FAO) va permettre de traduire le fichier CAO en un fichier contenant le programme de pilotage de la machine-outil. Cela va nécessiter un processus intégré entre la conception des produits et les unités de fabrication : chaînes d’approvisionnement flexibles avec des décisions transversales en temps réel pour une réduction des temps de commercialisation en intégrant les processus de conception des produits et de production.

gros-planL’objectif est de passer de processus en série à des processus en parallèle et de passer par la réalisation d’une armoire « virtuelle ». Des outils permettent de télécharger les données produits, de les intégrer dans les outils CAE et CAD usuels, de vérifier la cohérence et d’alerter en cas d’incompatibilité ou d’infaisabilité. L’armoire « virtuelle » sera donc complètement définie avec ses schémas électriques, les vues 2D/3D des composants et de l’armoire complète, les dossiers de fabrication, la liste de filerie, les plans de perçage, les notices et nomenclatures.

Pour Anne Steinberg, « c’est aussi un dossier d’avant vente pour y apposer un bon pour accord du client ».
Il ne reste plus qu’à passer à l’étape de fabrication. Dans l’usine 4.0 c’est fait par des machines à commande numérique qui travaillent à partir du dossier d’étude pour percer les tôles, découper les goulottes, équiper les borniers et les plaques de montage, câbler les différents éléments.
Rittal Automation Systems a ainsi développé un centre d’usinage 4 axes pour la découpe, l’usinage des panneaux et des armoires à partir du prototype virtuel. Pierre-André Stadler, chef de produits électriques et climatisation de Rittal SAS, confirme : « Ce centre d’usinage est rentable à partir de 100 armoires par an et peut gagner jusqu’à 80 % de temps de fabrication par rapport aux méthodes conventionnelles. Nous avons également développé un centre de câblage automatisant totalement le process de câblage d’une plaque de montage : coupe sur mesure, pose, fixation des câbles sur les appareils et pose des câbles dans les goulottes. »

Ainsi toutes les informations pour la production passent du monde virtuel au monde réel. Pour Anne Steinberg, « le paradigme du XXIe siècle, encapsulé dans l’industrie 4.0, est de tirer profit au maximum des possibilités offertes par la convergence des mondes réels et virtuels pour faire des usines des centres d’innovation. Ce qui implique le développement de nouvelles idées et technologies incluant, par exemple, l’Internet des Objets (IoT), l’intégration horizontale grâce à des réseaux et l’émergence de systèmes cyber-physiques ».

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