Un fabricant utilise Simcenter Amesim pour développer « les métiers à tisser les plus écoénergétiques du marché »

Des machines à tisser innovantes

Pour les fabricants de machines de production, la vitesse est un facteur ultra-important. Quelle que soit votre spécialité (papier recyclé, tissu de haute technologie ou autre), une vitesse de production maximum est nécessaire à tout moment, mais pas à tout prix. Au 21e siècle, les fabricants doivent faire face à de nouveaux problèmes environnementaux et à une des crises économiques les plus graves de l’histoire moderne. Quel que soit le produit que vous fabriquez, il est essentiel d’économiser l’énergie.

Le consortium ESTOMAD (Energy Software Tools for Sustainable Machine Design) a été créé en 2009 avec des acteurs industriels et des instituts de recherche tels que LMS International (aujourd’hui Siemens Digital Industries Software), le Centre flamand de technologie mécatronique, JOBS, EC Engineering, l’Institut des technologies industrielles et de l’automatisation, FIDIA et l’Université catholique de Louvain (Belgique). Ce projet de recherche européen vise à créer un processus de développement de machines qui considère l’efficacité énergétique comme un paramètre critique de conception.

Picanol est l’un des acteurs industriels impliqués dans le projet ESTOMAD. Picanol développe et fabrique des machines à tisser de haute technologie qui reposent sur la technologie du jet d’air et de la rapière. Depuis 75 ans, Picanol a joué un rôle de pionnier dans l’industrie des machines à tisser, devenant ainsi un acteur mondial de premier plan. Outre son siège social à Ypres (Belgique), le groupe Picanol possède des installations en Asie, en Europe et aux États-Unis. En 2020, environ 2 600 usines de tissage dans le monde utilisent des machines Picanol, soit un total d’environ 130 000 machines à tisser.

Viser l’efficacité énergétique

Les réglementations strictes du marché et un environnement ultra-concurrentiel obligent les fabricants de machines de production à améliorer leurs processus de conception. Ils doivent livrer des machines très performantes et qui répondent à des exigences strictes en matière de santé et de sûreté. Des innovations sont introduites en permanence et de plus en plus rapidement. Face à ces différentes considérations, il devient pratiquement obligatoire de procéder à une simulation dès les premiers stades de la conception, condition impérative pour mettre sur le marché des produits innovants de plus en plus rapidement. Il est à noter que ce secteur connaît actuellement une certaine évolution quant aux attentes des clients.

« Ce n’est plus seulement une question de prix d’achat ou de performances. », résume Kristof Roelstraete, responsable Recherche et développement (R&D) chez Picanol. « De plus en plus souvent, les clients ont tendance à choisir la machine qui présente les meilleures perspectives de coût total de possession. Ils ne considèrent pas seulement le coût de l’investissement initial, mais aussi les coûts de maintenance et d’exploitation sur le cycle de vie complet de la machine.

Face à la hausse des prix, la réduction de la consommation d’énergie est essentielle pour gérer plus efficacement les dépenses opérationnelles. Nos produits doivent offrir la meilleure qualité de tissu possible et la proposer avec le coût total de possession le plus bas pour les entreprises de tissage. Nous avons concentré nos efforts sur l’efficacité énergétique. »

Optimisation évolutive des flux d’énergie

Dans le cadre du projet ESTOMAD, Picanol améliore l’efficacité énergétique de ses machines à tisser sans entraver les performances. En étroite collaboration avec l’Université catholique de Louvain, les ingénieurs R&D de Picanol ont commencé à construire le modèle des flux d’énergie en action à l’intérieur de la chaîne cinématique principale d’une machine à tisser. La création de ce modèle est une tâche complexe : elle doit prédire tous les transferts d’énergie internes et détecter les fuites d’énergie locales. Elle doit fournir une représentation détaillée du comportement énergétique de chaque élément tout en s’intégrant dans l’environnement multiphysique de la machine globale. Le consortium ESTOMAD a choisi le logiciel Simcenter Amesim de Siemens Digital Industries Software comme plate-forme de simulation des systèmes mécatroniques et pour réaliser des études de gestion de l’énergie sur des machines industrielles. Simcenter Amesim permet aux ingénieurs d’analyser de manière cohérente tous les flux d’énergie des différents sous-systèmes d’une machine à tisser – du système d’insertion au moteur en passant par la boîte de vitesses et l’arbre principal.

Pour permettre l’optimisation évolutive des flux d’énergie, l’interface utilisateur graphique (IUG) de Simcenter Amesim et les bibliothèques de composants de machines ont été mises à jour de manière à aider les ingénieurs à concevoir des machines respectueuses de l’environnement. Les ingénieurs de Picanol optimisent la conception des machines dès les premières étapes, en considérant l’efficacité énergétique comme exigence de performance impérative.

Un pas de plus dans le processus de développement : dans le cadre d’un accord de co-simulation, Simcenter Amesim est couplé au logiciel Simcenter 3D de Siemens Digital Industries Software. Du coup, même les mécanismes 3D complexes des machines à tisser (qui exigent une modélisation dynamique et cinématique détaillée) sont simulés et optimisés en tirant parti des nouvelles fonctionnalités de Simcenter Amesim et de manière à offrir une conception plus écologique.

L’outil d’édition de sous-modèles de Simcenter Amesim permet la personnalisation de la plate-forme, et il peut être utilisé pour intégrer nativement toutes les variables de puissance et d’énergie requises. Autrement dit, il est possible de créer des composants spécifiques très rapidement et de les évaluer en fonction des objectifs de consommation d’énergie. Dans le cadre de l’étude ESTOMAD et avec l’implication attentive de l’Université catholique de Louvain, les ingénieurs de Picanol ont défini très facilement une interface entre Simcenter Amesim et l’environnement MATLAB® en vue d’identification globale des paramètres. Le projet Picanol-ESTOMAD fait apparaître une corrélation précise entre les modèles de Simcenter et les mesures effectuées sur les machines à tisser. Il s’agit d’un résultat majeur de l’étude qui devrait contribuer à améliorer les futurs processus de développement des machines.

Ingénierie systèmes basée sur les modèles

Le vaste portefeuille de logiciels de Siemens Digital Industries aide Picanol à optimiser ses machines à tisser en équilibrant les paramètres critiques de performance, de durabilité, de bruit et de vibration tout en minimisant la consommation d’énergie.

« Nous apprécions beaucoup les produits et le support technique de Siemens Digital Industries Software. » se réjouit M. Roelstraete. « Ils nous aident à concevoir les métiers à tisser les plus économes en énergie du marché. Simcenter Amesim propose des bibliothèques étendues de composants qui se connectent pour construire des systèmes multiphysiques complets, ce qui est un préalable à l’ingénierie avancée des systèmes basée sur des modèles. Ce résultat serait inconcevable avec des programmes à base de scripts tels que MATLAB ou Python. »

D’autres projets axés sur l'économie et la gestion de l’énergie seront probablement lancés très prochainement, afin d'anticiper les défis environnementaux à venir. Picanol est bien placé pour prendre les devants en fabriquant les machines à tisser les plus écologiques du marché. M. Roelstraete prévoit également que, dans les années à venir, l’ingénierie des systèmes basée sur les modèles va s’imposer comme procédure de conception standard pour les fabricants de machines de production.