Une université de premier plan adopte l'architecture ouverte et les logiciels de simulation 3D et de commande numérique NUM (CNC) pour ses cours de génie mécanique

l'architecture ouverte de commande numérique NUM simplifie la formation

amélioration des compétences de programmation CNC qui facilite la renaissance du marché intérieur de la construction automobile

17 Juin 2014 — La Faculté d'ingénierie de la prestigieuse Purdue University située à Lafayette dans l’Indiana a choisi d'équiper un de ses principaux laboratoires avec les commandes numériques et les logiciels de simulation 3D NUM. Ce matériel à l’architecture ouverte offre aux étudiants une expérience pratique de la programmation CNC et les familiarise avec les techniques sophistiquées de programmation et d'utilisation des machines-outils à CNC grâce à une combinaison de machines virtuelles et de matériels de démonstration à hautes performances.

Purdue University, un des principaux organismes de recherche aux États-Unis, accueille une des plus grandes écoles techniques du pays. Sa Faculté d'ingénierie composée de 14 départements, chacun spécialisé dans un domaine technique particulier, connaît actuellement une extension majeure. Dans le cadre de cette extension, Purdue University met à niveau son laboratoire d'ingénierie mécanique sur le campus principal. Ce laboratoire enseigne principalement les bases de l’utilisation et de la programmation CNC et présente aux étudiants les procédés et techniques de fabrication avec diverses machines-outils. Il est actuellement équipé de plusieurs machines CNC 2 axes ainsi que d'un simulateur 2D tous basés sur des équipements NUM.

Le professeur Yung C. Shin, qui supervise tous les programmes de formation et de recherche du département Génie mécanique, déclare : "Lorsque nous avons installé le laboratoire de génie mécanique dans les années 1990, nous avons examiné les systèmes de commande numérique de divers fabricants. Cependant, la plupart des systèmes ressemblaient à des boîtes fermées : leur utilisation était difficilement compréhensible, contrairement à ce que nous recherchions pour enseigner les bases de la commande numérique. Nous avons décidé de réaliser notre plateforme de formation à base de systèmes de commande numérique NUM, essentiellement du fait de leur architecture ouverte et de l'assistance de NUM pour l'utilisation pédagogique de ses produits. L'ouverture des systèmes CNC NUM, en particulier pour le code de commande numérique et leurs entrées/sorties, nous permet de démontrer facilement l'échange de données entre l'automate programmable, la commande numérique et l'électronique de commande, de même qu’elle simplifie l'intégration avec d'autres matériels de laboratoire. De plus, de nombreuses machines à commande numérique utilisées dans nos laboratoires d'études de fabrication sont équipées de systèmes CNC NUM : le codage est donc pratiquement identique.”

NUM est le partenaire de la Faculté pour ses activités de commande numérique depuis 24 ans. Steven Schilling, Directeur général de NUM Corporation à Naperville (Illinois), fait remarquer l'importance de l'assistance apportée à long terme aux établissements de formation, “Le personnel de Purdue dispose d’un l'accès permanent à notre support technique et reçoit de l'aide lorsqu'il doit reconfigurer ou reprogrammer ses systèmes CNC pour de nouveaux projets. Cette coopération étroite garantit que le matériel CNC de Purdue est équipé des dernières fonctionnalités et des derniers outils afin de permettre aux étudiants de se familiariser et de développer de nouvelles techniques d'usinage.“

La dernière mise à niveau du matériel CNC du laboratoire technique est terminée. NUM a fourni deux systèmes Flexium 68 configurés pour les applications de fraisage, chacun étant équipé d'une unité NCK (Numerical Control Kernel), d'un automate programmable, d'un pupitre opérateur, du logiciel de simulation 3D, ainsi que de l’option de simulation pour quatre PC supplémentaires. Le système Flexium 68 constitue une base polyvalente pour les applications d'étude et de recherche où le type de machine et la commande évoluent dans le temps. De série, l’unité NCK gère jusqu’à cinq axes/broches sur un canal, avec interpolation totale sur quatre axes. Plusieurs options peuvent étendre cette caractéristique jusqu’à trente-deux axes/broches sur huit canaux, avec trente-deux axes interpolés, alors que des configurations à plusieurs unités NCK peuvent, elles, gérer plus de deux cents axes.

Pour améliorer l'ergonomie, le laboratoire a installé deux consoles de bureau pour l'interaction homme/machine. Chaque console est équipée d'un pupitre opérateur FS152i et d'un pupitre machine MP04 utilisant des interfaces CAN. Les pupitres opérateur, équipés d'écrans à cristaux liquides 15 pouces et de PC industriels intégrés avec disques SSD à semi-conducteurs, fonctionnent sous une version intégrée de Windows et sont connectés au réseau Ethernet de l'université. Chaque console est utilisable pour la simulation ou la commande des machines CNC de démonstration du laboratoire.

NUM a également fourni tous les moteurs, variateurs, alimentations et accessoires pour deux autres machines de démonstration 2 axes. Ces deux machines sont équipées de variateurs bi-axes NUMDrive C pilotant des servomoteurs de type ‘Brushless’ BPH. Une de ces machines utilise la version HP du variateur avec boucles de commande hautes performances pour faciliter la recherche dans des applications de cinématique très rapide ou très précise.

Avec l'utilisation du système Flexium, les étudiants et les chercheurs de Purdue University peuvent maintenant étudier dans le détail les techniques de commande numérique. L'ensemble de la configuration et de la programmation de la commande numérique, des variateurs d’asservissement et des automates programmables s'effectue à l'aide d'un seul logiciel qui diminue les temps d'apprentissage, augmente la productivité et la satisfaction du travail, et favorise le travail en collaboration. L'architecture ouverte inhérente au système présente de nombreux avantages. Il est ainsi très facile de créer des pupitres opérateur virtuels dédiés aux applications au moyen d'éditeurs et de langages standard (HTML, JavaScript, Visual Basic, Delphi, C ou C++); l'automate est programmable avec n'importe quel langage orienté objet graphique ou textuel conforme à IEC 61131-3. De plus, les étudiants qui ont besoin d’agir sur les fonctions de bas niveau de l’unité NCK (ex. transformations des coordonnées d’axes en temps réel) peuvent utiliser des opérateurs dynamiques dans le code, alors que des techniques telles que la compensation en temps réel peuvent être mises au point au moyen de macros intégrées de commande des boucles dans les variateurs asservis.

Les fonctions graphiques de simulation 3D de Flexium que Purdue University installe dans son laboratoire de génie mécanique améliorent remarquablement la souplesse du travail. Jusqu'à aujourd'hui, le logiciel de simulation nécessitait une connexion physique au système CNC : un seul étudiant pouvait l'utiliser à un moment donné et il se limitait à la simulation 2D des trajectoires. Le laboratoire dispose maintenant de six postes de simulation indépendants : deux sur les consoles de bureau et quatre sur des PC autonomes, chacun effectuant une véritable simulation 3D de la pièce en mode autonome sans devoir accéder à un système de commande numérique. Six autres PC sont également en cours d'installation pour permettre aux étudiants d'effectuer des simulations à différents endroits.

Les étudiants peuvent désormais simuler et optimiser le programme d'une pièce qu'ils ont écrit en code ISO, en visualisant complètement la trajectoire de l'outil et l'enlèvement de matière sur la pièce. Cette procédure assure également le contrôle automatique des collisions entre les différents composants de la machine, l'outil et la pièce à usiner. Le logiciel de simulation prend actuellement en charge de 3 à 5 axes de tournage, 3 axes de fraisage/perçage, ainsi que la découpe par jet d'eau et plasma et peut commuter très facilement entre ces diverses applications. Il crée une représentation en couleur et en volume de la pièce que l’on peut faire pivoter afin de l’observer sous n'importe quel angle.

Purdue University prévoit de mettre le laboratoire de commande numérique à disposition des étudiants à l'automne. Le professeur Shin explique : “Nous devons proposer à davantage d'étudiants une expérience pratique de la programmation CNC et de la visualisation dans les plus brefs délais. Nous constatons une renaissance du marché intérieur des automatismes grâce à de nouveaux procédés tels que l'impression 3D : nous manquons encore de compétences de programmation CNC. Les étudiants apprécient beaucoup lorsqu'ils peuvent voir le résultat de leur travail, que ce soit sur un simulateur, une machine ou une machine-outil à commande numérique. C'est pourquoi nos nouvelles installations constituent un outil de formation essentiel.

Pratiquement 65 % de nos diplômés poursuivent une carrière dans la fabrication et nombreux d'entre eux sont devenus professeurs. J'aime penser que, lorsqu'ils installeront leurs propres laboratoires, ils se souviendront des bases que nous leur avons enseignées.”

FIN