Composants mécaniques pour l’ingénierie d’automatisation

L’ingénierie d’automatisation couvre un large éventail de composants et de technologies qui travaillent ensemble pour automatiser et optimiser les processus et les machines. Les composants mécaniques constituent l’un des éléments de base de la mise en œuvre des systèmes automatisés. Ces composants comprennent des actionneurs, des capteurs, des systèmes de transmission mécanique et d’autres éléments mécaniques nécessaires au mouvement, au contrôle et à la surveillance des systèmes et des machines. Cet article présente les bases de l’automatisation et de l’ingénierie d’automatisation et explique les situations dans lesquelles on utilise les composants mécaniques.

Qu’est-ce que l’automatisation ?

L’automatisation désigne processus général de conversion des tâches manuelles ou répétitives en processus automatisés, qui peuvent être effectués sans intervention humaine, c’est-à-dire autocontrôlés. Pour ce faire, on peut utiliser des technologies telles que des machines, des programmes informatiques ou des robots.

Objectifs de l’automatisation

Par le passé, les efforts d’automatisation se concentraient sur l’exécution par la machine de processus de production rigides et répétitifs. L’objectif principal était d’augmenter la productivité en remplaçant le travail humain par des machines. Ces systèmes d’automatisation rigides ont été conçus pour gérer des tâches spécifiques avec peu de flexibilité et d’adaptabilité. Aujourd’hui, l’accent est mis sur l’optimisation des processus de production. Il existe un intérêt croissant pour le développement de systèmes de fabrication flexibles capables de maîtriser les flux de travail avec différentes tâches. Ces systèmes flexibles sont, non seulement destinés à permettre des augmentations de productivité, mais offrent également de la flexibilité et une efficacité globale accrue. Cette évolution est motivée, entre autres, par les aspects suivants :

• Variabilité des produits : Dans une économie de plus en plus mondialisée et sur des marchés où les préférences des clients évoluent rapidement, il est important que les systèmes de fabrication soient en mesure de produire une grande variété de produits sans nécessiter de changements ou d’adaptations coûteux.
• Production de petites séries : La demande de produits personnalisés et de solutions individuelles entraîne une production accrue de petites séries. Les systèmes de fabrication flexibles permettent aux entreprises de produire des lots de plus petite taille de manière efficace et rentable.
• Délai rapide de commercialisation : La capacité à réagir rapidement aux changements du marché et à introduire de nouveaux produits est essentielle au succès d’une entreprise. Des systèmes de fabrication flexibles permettent de développer rapidement de nouveaux produits et de les mettre en production.
• Efficacité et rentabilité : En rendant la production plus flexible, les entreprises peuvent utiliser leurs ressources plus efficacement et réduire les coûts. L’adaptabilité des systèmes permet d’adapter la production de manière optimale à la demande actuelle et d’éviter la surproduction.

Qu’est-ce que l’ingénierie d’automatisation ?

L’ingénierie d’automatisation est une discipline d’ingénierie qui couvre la planification, le développement, la mise en œuvre et l’exploitation des systèmes d’automatisation. Ces systèmes sont utilisés pour automatiser les processus ou les machines en combinant des capteurs, des actionneurs, des contrôleurs et des logiciels pour permettre un pilotage et une surveillance automatiques. Dans le contexte de l’ingénierie d’usine, l’ingénierie d’automatisation traite de l’intégration des systèmes d’automatisation dans les usines industrielles à grande échelle. Les usines de fabrication utilisent l’ingénierie d’automatisation pour exploiter des installations de production complexes plus efficacement et en toute sécurité. Dans le domaine du génie mécanique, l’ingénierie d’automatisation est cruciale dans le développement et l’intégration de processus automatisés dans des machines individuelles et des lignes de production afin d’augmenter la capacité de production et d’améliorer la qualité.

La numérisation de la production a un impact significatif sur l’automatisation dans le secteur. En intégrant des technologies numériques telles que l’industrie 4.0, l’Internet industriel des objets (IoT), l’intelligence artificielle (IA), le big data et le cloud computing dans les processus industriels, les systèmes d’automatisation deviennent de plus en plus puissants et intelligents. Cela ouvre de nouvelles opportunités pour l’automatisation, car les données peuvent être collectées, analysées et utilisées en temps réel pour optimiser les processus et soutenir les décisions.

Degrés d’automatisation

Selon la norme DIN CEI 60050-351, la norme internationale de définition des termes du génie électrique, l’électronique et les domaines connexes, le degré d’automatisation désigne le degré d’automatisation d’un système ou d’un processus. Il s’agit de mesurer le degré de remplacement du travail humain ou de son assistance par un contrôle et une surveillance automatiques. Un degré d’automatisation plus élevé signifie une plus grande indépendance vis-à-vis de l’intervention humaine et une plus grande capacité du système à effectuer les tâches de manière autonome. Le degré d’automatisation peut être mesuré sur une échelle allant du contrôle manuel à l’automatisation complète :

• Contrôle manuel : Un système ou un processus est contrôlé et surveillé entièrement par interaction humaine sans automatisation. Toutes les décisions et actions sont prises et exécutées par des personnes.
• Automatisation partielle : Dans l’automatisation partielle, certains sous-processus ou sous-fonctions sont automatisés, tandis que d’autres sont contrôlés manuellement. Une interaction humaine est toujours nécessaire pour effectuer certaines tâches ou prendre des décisions.
• Semi-automatique : La semi-automatisation désigne des systèmes dans lesquels la plupart des tâches sont automatisées, mais où une intervention humaine est toujours nécessaire pour résoudre certaines tâches complexes ou gérer des événements imprévus.
• Automatisation complète : Ici, le système ou le processus est entièrement automatisé et ne nécessite aucune interaction humaine pendant le fonctionnement normal. Le système est en mesure de prendre toutes les décisions nécessaires et d’effectuer toutes les actions pour effectuer les opérations de manière efficace et sûre.

Pyramide d’automatisation

La pyramide d’automatisation est un concept utilisé dans l’automatisation industrielle pour décrire la structure hiérarchique des systèmes d’automatisation. Cette pyramide sert de modèle pour représenter les différents niveaux d’automatisation. La pyramide d’automatisation se compose généralement des niveaux suivants :

• (1) Niveau de terrain : Les dispositifs physiques qui interagissent directement avec les variables de processus dans le monde réel sont au niveau de terrain. Ce niveau constitue la base de la collecte des données et du contrôle du processus de production. Les capteurs sont responsables de la collecte des données et les actionneurs effectuent les actions.
• (2) Niveau de contrôle : Le niveau de contrôle comprend le matériel et le logiciel utilisés pour contrôler et surveiller l’équipement de terrain. Les commandes de programmes stockés (SPC) et les commandes programmables (PLC) sont des représentants typiques de ce niveau. Elles collectent les données des capteurs de niveau de terrain, les traitent et envoient des signaux de contrôle aux actionneurs.
• (3) Niveau de contrôle du processus : À ce niveau, toute la production est surveillée et contrôlée. Les systèmes de contrôle de supervision et d’acquisition de données (SCADA) sont des éléments typiques de ce niveau. Ils permettent de visualiser les données de processus, de surveiller l’état du système et d’intervenir manuellement dans le processus. Les systèmes SCADA offrent souvent des capacités de collecte de données et de reporting.
• (4) Niveau de gestion opérationnelle : À ce niveau, différents domaines de processus sont coordonnés et les informations sont échangées entre les services. Les systèmes d’exécution de fabrication (MES) soutiennent les décisions opérationnelles et le contrôle des performances de production.
• (5) Niveau de la direction de la société : Le niveau de la direction de l’entreprise comprend la direction et l’administration de l’entreprise. Les systèmes de planification des ressources d’entreprise (systèmes ERP) sont typiques de ce niveau. Ils soutiennent la planification et le contrôle de toutes les ressources de l’entreprise, y compris la production, l’approvisionnement, les ventes, les finances et les ressources humaines.

Composants mécaniques en ingénierie d’automatisation

En ingénierie d’automatisation, les composants mécaniques sont utilisés à diverses fins. Ils servent à réaliser des systèmes automatisés dans différents domaines d’application tels que l’industrie manufacturière, la logistique, le transport et la robotique. Ils permettent de contrôler les mouvements, de générer une force, de manipuler et de garantir la sécurité des personnes et des équipements.

Exemples d’automatisation

L’ingénierie d’automatisation optimise les processus, augmente l’efficacité et soulage le travail humain des tâches répétitives. Voici quelques exemples spécifiques d’automatisation :