3DEXPERIENCE PLM et industrie automobile

De nombreuses entreprises des secteurs automobile et aérospatial utilisent 3DEXPERIENCE comme plateforme PLM (Gestion du cycle de vie des produits).

Dans les secteurs d'activité actuels, en constante évolution, les entreprises ont besoin d'outils qui vont au-delà des simples logiciels de conception. Dassault Systèmes a développé une suite complète de solutions permettant aux équipes d'optimiser la conception, l'ingénierie, la fabrication, la simulation et la collaboration dans des secteurs tels que l'automobile, l'aérospatiale, les machines industrielles et les biens de consommation.

Au cœur de cet écosystème se trouve la 3DEXPERIENCE plateforme, qui intègre tous les produits phares de Dassault dans un environnement unifié.

Grâce à cette plateforme, les équipes travaillent à partir d'une source unique d'information, reliant les flux de travail de conception, d'ingénierie et de fabrication, tout en gérant les données et en prenant des décisions collaboratives en temps réel.

Figure 1 : Image générée par IA créée avec Microsoft Copilot montrant un rendu artistique de pièces et d'outils dans le contour d'une voiture.

Voici un aperçu plus détaillé des principaux produits qui composent cette suite performante :

• CATIA – Logiciel de CAO leader pour la conception et la modélisation 3D.
• DELMIA – Solution de planification numérique de la fabrication et des opérations.
• ENOVIA – Plateforme PLM pour la collaboration, la gestion des données et la gouvernance des processus.
• SIMULIA – Suite de simulation avancée pour une prédiction réaliste du comportement des produits.
• SOLIDWORKS – Logiciel de CAO 3D intuitif pour la conception mécanique, au service des équipes d'ingénierie de taille moyenne.

Ensemble, ces solutions, lorsqu'elles sont intégrées à 3DEXPERIENCE, permettent aux entreprises d' accélérer l'innovation, de réduire les erreurs et d'optimiser les flux de travail, en livrant des produits plus rapidement et plus efficacement que jamais auparavant.

Figure 2 : Image créée à l'aide de Microsoft PowerPoint faisant référence aux marques de Dassault Systèmes.

Couple de serrage des fixations dans la fabrication automobile

En matière d'assemblage de véhicules, le couple n'est pas qu'un simple chiffre, c'est une force essentielle qui garantit la solidité, la sécurité et la disponibilité pour la route de l'ensemble.

En termes simples, le couple mesure la force appliquée par les ingénieurs aux boulons, vis et autres fixations pour générer la pression de serrage nécessaire à la sécurité, à la fiabilité et à l'intégrité structurelle des assemblages mécaniques. Plusieurs facteurs, tels que les composants assemblés, la taille, le nombre et le matériau des boulons, ainsi que la lubrification, influent sur les valeurs de couple. Les ingénieurs mesurent généralement le couple en livres-pieds (ft-lb) ou en newtons-mètres (Nm) et l'appliquent à l'aide d'une clé dynamométrique ou d'une clé à douille manuelle dans le secteur de la production industrielle.

Couple = Force × Longueur

Force de 20 N × levier de 1 m. Couple = 20 × 1 = 20 Nm

Force de 10 N × levier de 2 m. Couple = 10 × 2 = 20 Nm

Figure 3 : Image générée par IA créée avec Microsoft Copilot montrant la relation entre la force, la distance et le couple.

Pour serrer des boulons, la plupart des gens pensent qu'une clé dynamométrique garantit un serrage parfaitement uniforme. On règle la clé, on serre jusqu'au clic, et c'est bon, non ? Pas toujours.

En réalité, les valeurs de couple peuvent varier considérablement, même entre deux fixations « identiques ». Des facteurs tels que le type de fixation, les matériaux du boulon et de la pièce dans laquelle il est vissé, la propreté du filetage et la lubrification (notamment le type de lubrifiant utilisé) peuvent entraîner des fluctuations notables du couple (par exemple, de 20 à 35 %), même avec un réglage de clé dynamométrique identique. Pour gérer ces situations avec précision, l’industrie utilise deux stratégies de couple.

Couple cible

Tous les boulons d'un véhicule ne nécessitent pas une précision chirurgicale. En réalité, de nombreuses fixations, comme les goujons de roue, les boulons de pompe à eau et bien d'autres, sont conçues avec une certaine tolérance. Leur rôle est d'être suffisamment serrés pour maintenir les éléments en place, mais pas trop pour éviter tout dommage. C'est ce qu'on appelle le « couple de serrage cible ».

Couple cible + angle

Lorsqu'ils travaillent avec des boulons à limite élastique (tels que les boulons de culasse ou de suspension), les ingénieurs ne se contentent pas de les serrer ; ils les étirent. Ces boulons entrent alors dans un état élastique, assurant une force de serrage constante sur les composants critiques. Les ingénieurs appliquent d'abord un couple prédéfini à l'aide d'une clé dynamométrique standard, amenant le boulon près de sa limite élastique, juste avant qu'il ne commence à s'étirer. Ensuite, ils utilisent un comparateur d'angle de serrage pour faire pivoter le boulon d'un nombre précis de degrés, généralement 90° ou jusqu'à 360°, le poussant ainsi au-delà du seuil de limite élastique et induisant un allongement contrôlé. Ce procédé garantit une précharge constante sans mesurer directement l'allongement du boulon et est connu sous le nom de stratégie « Couple cible + Angle ».

Couple résiduel : En fin de chaîne de production, une dernière étape est cruciale pour garantir la qualité du produit : le contrôle du couple résiduel. Les méthodes de serrage permettent de vérifier la conformité d’un assemblage aux spécifications, mais seul le couple résiduel indique la part de la précharge appliquée qui reste effectivement présente dans l’assemblage.

Deux principales stratégies pour mesurer le couple résiduel :

• Méthode de rupture : L’approche la plus courante. Une clé dynamométrique numérique applique un couple jusqu’à ce que la vis commence à bouger, enregistrant la valeur du couple à cet instant précis.
• Méthode de desserrage-resserrage : Idéale en cas de risque de serrage excessif ou avec des vis de grande taille. L’assemblage est légèrement desserré, puis resserré, et le couple est mesuré lors du retour à sa position initiale.

Des outils plus intelligents pour des tests plus intelligents

Auparavant, les opérateurs utilisaient des repères pour suivre la position des vis lors des tests manuels. Aujourd'hui, les clés dynamométriques numériques avec gyroscope intégré rendent le processus plus rapide, plus sûr et plus facile.

En pratique, la séquence d'assemblage d'un moteur se présente comme suit :

1. Serrer au couple prescrit avec une clé standard
2. Faites tourner le moteur brièvement pour réchauffer les composants
3. Laissez le moteur refroidir puis resserrez-le au couple prescrit
4. Appliquez l'angle final à l'aide d'un gabarit d'angle de couple.
5. Mesurer le couple résiduel. S'assurer que les normes de qualité sont respectées.

Figure 4 : Image générée par IA avec Microsoft Copilot montrant un indicateur d’angle de couple

Cette combinaison de couple et d'angle offre une précision là où c'est le plus important.

Bien que les boulons non extensibles puissent sembler plus simples à utiliser pour les boulons de moteur, leur installation implique davantage d'entretien. Ne fléchissant pas sous la charge, ils nécessitent un resserrage après plusieurs cycles de chauffe/refroidissement. Avec le temps, un nouveau resserrage peut également s'avérer nécessaire, généralement tous les 50 000 à 110 000 kilomètres, selon l'application. Les boulons extensibles, quant à eux, sont conçus pour s'allonger légèrement lors du serrage. Cet allongement contrôlé leur permet d'exercer une pression de serrage constante et uniforme, réduisant ainsi la fréquence des ajustements. Une fois correctement installés conformément aux spécifications du constructeur, ils ne nécessitent généralement plus d'intervention. Attention : les boulons extensibles ne sont pas réutilisables, car une fois usagés, ils ont dépassé leur limite d'élasticité et n'offrent plus les mêmes performances de serrage qu'un boulon neuf.

Comment gérer le flux de travail Torque dans PLM/3DEXPERIENCE?

Une personnalisée 3DEXPERIENCE solution permet de gérer ces complexités en autorisant les ingénieurs à définir les exigences de couple dans CATIAet à les lier directement à des pièces et assemblages spécifiques dans la nomenclature technique (EBOM). Ces spécifications sont automatiquement reportées dans la nomenclature de fabrication (MBOM) et le nomenclature de processus (BOP) de DELMIA.

À partir de là, les informations relatives au couple sont transmises de manière transparente du PLM au MES (Système d'exécution de la production). Le MES exécute la production en usine en se basant sur la nomenclature, DELMIA/3DEXPERIENCE les instructions de travail (étapes détaillées d'assemblage des pièces) et les informations de commande, garantissant ainsi une application précise du couple, la traçabilité et l'efficacité des opérations en usine.

Si vous découvrez le concept de nomenclature de processus, celle-ci définit la séquence des opérations de fabrication, ainsi que les ressources, les outils et les instructions de travail nécessaires à la fabrication d'un produit en usine.

Attributs/Propriétés minimaux pour que la définition du couple fonctionne

• ID d'assemblage : Identifiant unique utilisé par le bureau d'études pour suivre les assemblages spécifiques. Cet ID est créé automatiquement par le système lorsque l'assemblage parent est promu à l'état Gelé ou Libéré.
• Caractéristique de l'articulation – Vous pouvez spécifier les caractéristiques de conception des joints et les options possibles incluent Significatif, Critique, et Non critique.
  • Critique – Fonctionnalité essentielle ; son absence ou sa défaillance bloque les opérations essentielles de l’entreprise ou du système.
  • Fonctionnalité importante ; affecte l’efficacité ou la qualité, mais ne bloque pas les opérations essentielles .
  • non critique – Fonctionnalité optionnelle ; apporte une valeur ajoutée ou un confort supplémentaire, mais son indisponibilité a un impact minimal.
• Stratégie de couple
  • Couple cible : Le couple cible spécifié, ainsi que sa tolérance, sera appliqué à la fixation lors du processus d’assemblage du véhicule.
  • Couple et angle cibles : Une stratégie de couple comprenant le couple cible, la tolérance de couple, l’angle cible et la tolérance angulaire sera appliquée à la fixation lors du processus d’assemblage du véhicule.

Quelles sont les caractéristiques spécifiques au couple ?

• Couple cible (N·m) : La valeur de couple spécifiée à appliquer.
• Tolérance de couple (N·m ±) : La plage acceptable au-dessus ou en dessous du couple cible.
• Angle cible (°) : L'angle de serrage spécifié après avoir atteint le couple.
• Tolérance angulaire (° ±) : La variation admissible de l'angle de serrage.
• Couple résiduel max (N·m) : Le couple maximal mesuré lors de la vérification.
• Couple résiduel min (N·m) : Le couple minimal mesuré lors de la vérification.

Comment cela est-il géré dans 3DEXPERIENCE?

Comprendre la différence entre références et exemples dans la conception de produits

Dans la gestion du cycle de vie des produits (PLM), il est essentiel de distinguer une référence d'une instance lorsqu'il s'agit de pièces et d'assemblages. Une référence est la définition principale d'une pièce : elle contient son numéro, sa description, son matériau et sa conception globale. On peut la considérer comme la définition même de la pièce. Une instance correspond à l'utilisation de cette pièce dans un assemblage ou une nomenclature. Elle définit comment et où la pièce est utilisée, y compris des détails tels que sa position et son orientation. Les valeurs de couple sont spécifiques à l'instance/l'utilisation de la fixation. Dans 3DEXPERIENCE, les assemblages (nomenclatures) peuvent être structurés selon une hiérarchie parent-enfant à un ou plusieurs niveaux, en fonction de la complexité de la nomenclature.

Par exemple : un type de boulon particulier peut être utilisé des centaines de fois dans un produit complexe.

• Le modèle du boulon fait office de référence et n'existe qu'une seule fois.
• Chaque utilisation du boulon dans le produit est une instance.

Figure 5 : Image créée à l'aide de Microsoft PowerPoint montrant l'EBOM et sa relation avec les instances de fixation.

Dans 3DExperience chaque instance possède un « ID de relation/instance unique ». Ces ID de relation peuvent contenir des attributs d'instance. Chaque « ID d'instance unique » (ID de relation) contient les attributs de couple. La configuration des attributs associés à un « ID d'instance unique » (ID de relation) s'effectue via l'application « Personnalisation du modèle de données » 3DExperience .

Figure 6 : Image créée à l'aide de Microsoft PowerPoint montrant les instances de Fastener et les attributs associés.

Où puis-je le voir dans 3DExperience?

Les attributs d'instance sont affichés dans l'onglet « Instance » de la vue Propriétés de la pièce 3DExperience . Notez que la mise en page de l'affichage des attributs est contrôlée par les configurations de mise en page des attributs 3DExperience .

Figure 7 : 3DExperience de pièce Panneau des propriétés de l'instance montrant les champs d'attribut de couple personnalisés

Configuration et automatisation

Dans 3DEXPERIENCE, les configurations et les automatisations tirent parti d'EKL (Enterprise Knowledge Language), de JPO (Java Program Object) et des configurations OOTB (Out of the Box) pour générer automatiquement des identifiants de joint en fonction de conditions définies, propager les valeurs de couple à travers les révisions et gérer la possibilité de modifier les champs de couple.

Langages de programmation impliqués

• EKL (Enterprise Knowledge Language)
• Configuration OOTB (prête à l'emploi)
• JPO (Java Program Object) et API OOTB (Application Programming Interface)

Comment les données de couple circulent-elles de EBOMà MBOM à BOPàMES ?

DELMIA PPR = l'épine dorsale numérique de la fabrication dans 3DEXPERIENCE, reliant le Produit (ce qu'il faut construire), le Processus (comment le construire) et les Ressources (avec ce qu'il faut construire, les outils, les dispositifs et même les personnes employées dans le processus de fabrication).

Figure 8 : Image de la structure de données Produit-Processus-Ressource de fabrication de Dassault Systèmes.

Maintien de la traçabilité EBOM–MBOM–BOP dans 3DEXPERIENCE/DELMIA

Le maintien de la traçabilité entre les données d'ingénierie et de fabrication est essentiel à la maintenance du 3DExperience modèle de données 3DExperience assure cette traçabilité et les liens entre nomenclatures d'ingénierie (EBOM), de fabrication (MBOM) et de production (BOP) grâce aux concepts de lien de périmètre et de lien implémenté . Pour affecter des composants EBOM à la MBOM, il est nécessaire d'établir au préalable un lien de périmètre entre ces deux nomenclatures. Une fois ce lien établi, l'affectation des composants à la MBOM peut alors être effectuée. Ces affectations sont gérées par le biais des liens implémentés.

Lien avec le champ d'application : Établir les fondements

« Lien de portée » indique au système : il s’agit de la nomenclature EBOM source utilisée pour créer la nomenclature MBOM. De même, lorsque vous travaillez avec la nomenclature de processus (BOP), vous devez lier la nomenclature MBOM à la BOP. Cette action définit la nomenclature MBOM comme la source qui génère les affectations de pièces de la BOP.

Lien implémenté : Affectation des pièces

Une fois le lien de portée établi, les liens implémentés permettent d'affecter les composants EBOM aux composants MBOM. Il existe une correspondance un-à-un entre chaque instance et chaque composant MBOM. Ces connexions sont réalisées grâce à un lien implémenté. De même, la nomenclature des produits (BOP) conserve les liens implémentés avec les composants MBOM associés.

En exploitant les liens de portée et les liens implémentés, 3DEXPERIENCE/DELMIA offre un cadre robuste pour la gestion des données produit tout au long de leur cycle de vie. Ces liens sont accessibles via les API 3DExperience .

Figure 9 : Définitions de « lien de portée » et de « lien implémenté ».

Figure 10 : Structure PPR montrant les liens de portée.

Comprendre les liens de portée et les liens implémentés dans 3DEXPERIENCE

Figure 11 : EBOM MBOM et BOP avec portée et liens mis en œuvre.

Flux de données de bout en bout

Les ingénieurs utilisent les systèmes d'exécution de la production (MES) pour gérer et surveiller numériquement l'ensemble du processus de production, ce qui leur donne une visibilité et un contrôle en temps réel sur l'atelier de production afin d'améliorer la qualité, l'efficacité et la conformité.

Voici comment MES exploite ces données pour garantir la qualité et la conformité :

• Instructions de travail: Fournit aux opérateurs les valeurs de couple exactes et les séquences de serrage.
• Contrôle des processus: Vérification automatique de la conformité des outils de serrage aux paramètres spécifiés.
• Capture de données: Enregistre les valeurs de couple réelles pendant l'assemblage à des fins de traçabilité et d'audit.
• Alertes et retours d'information: Détecte une application de couple incorrecte et déclenche des actions correctives.

Maintenant que les données de couple d'ingénierie sont enregistrées dans la nomenclature technique (EBOM) et liées aux pièces correspondantes de la nomenclature de fabrication (MBOM) et aux opérations de la nomenclature des pièces (BOP), ces données doivent être transmises au système MES afin de fournir les informations nécessaires à l'assemblage du produit (véhicule). Ce flux de données est assuré par une intégration entre le système de gestion du cycle de vie des produits (PLM) et le système MES. Le processus d'intégration transfère directement au système MES toutes les données requises de la nomenclature, de la nomenclature des pièces et des opérations de couple. Il est important de noter que le périmètre d'intégration varie en fonction des besoins spécifiques de chaque entreprise.

Figure 12 : Image de la structure de données Produit-Processus-Ressource de Dassault Systèmes Manufacturing montrant le flux de données d'intégration vers l'ERP et le MES.

Comment l'intégration est-elle réalisée ?

3DExperience prend en charge une connectivité d'intégration robuste via des API REST et une messagerie événementielle. Les intégrations bidirectionnelles permettent un échange de données fluide entre les systèmes PLM, ERP (par exemple SAP) et MES, garantissant ainsi la continuité et la traçabilité complètes des flux de travail. L'architecture d'intégration 3DExperience est présentée ci-dessous.

Figure 13 : Image de l'architecture technique d'ouverture de Dassault Systèmes montrant l'architecture d'intégration 3DEXPERIENCE.

Résumé
Cet article explique comment 3DEXPERIENCE PLM et DELMIA permettent une gestion complète du couple dans la fabrication automobile. Il aborde les stratégies de gestion du couple, les attributs clés et le flux de données fluide de la nomenclature technique (EBOM) vers le système MES, garantissant ainsi la traçabilité, le contrôle des processus et l'intégration en temps réel entre les systèmes PLM, ERP et MES. J'espère que cela vous aidera à appréhender la complexité de la gestion du couple dans l'environnement PLM.

Glossaire des termes

• PLM – Gestion du cycle de vie des produits
• EBOM – Nomenclature technique des matériaux
• MBOM – Nomenclature de fabrication
• BOP – Acte de procédure
• ERP – Planification des ressources de l'entreprise
• MES – Système d'exécution de la production
• PPR – Produit, Processus, Ressource (terminologieDELMIA )
• Service Web RESTful – Service Web à transfert d'état représentationnel ; une architecture de service Web qui utilise les méthodes HTTP standard pour la communication

• Auteur
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Sijil Augustine

PLM 3DEXPERIENCE Responsable produit au sein d'une entreprise automobile leader en Californie, aux États-Unis.

Sijil est un expert PLM cumulant plus de 18 ans d'expérience, spécialisé dans la mise en œuvre, la personnalisation, les mises à niveau, la migration de données et l'intégration d'applications d'entreprise multiplateformes. Son expertise couvre les secteurs de l'automobile, du médical et du pétrole et du gaz. Il occupe actuellement le poste de Product Owner PLM 3DEXPERIENCE au sein d'un constructeur automobile californien de premier plan.

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