Gabin Sbaffi et Tom Duboin, étudiants en 5ème année de Génie Électrique, ont relevé le défi de transformer un système industriel obsolète en une unité de production autonome et intelligente. Ce projet, réalisé au sein de la plateforme Usine du Futur, illustre parfaitement la transition vers l’Industrie 4.0 en combinant automatisme, robotique, jumeau numérique et intelligence artificielle.

UN PROJET DE RÉTROFIT INNOVANT

L’objectif de ce projet était de donner vie à une maquette de ligne industrielle de traitement de surface, inutilisée depuis des années, pour en faire un système entièrement automatisé.

Notre mission ne se limitait pas à la réparation. Nous devions concevoir un système autonome capable de déplacer une grille transportant des pièces métalliques afin de les immerger dans différents bains avec précision. Le processus chimique simulé comprend quatre étapes clés : prélavage, rinçage, électrolyse et rinçage final. Le déplacement est composé de deux translations : l’une selon un axe horizontal et l’autre selon un axe vertical (système élévateur). A la fin du système, un bras robotique prélève la pièce traitée pour effectuer un contrôle qualité intelligent et opérer ensuite un tri selon la conformité du cuivrage.

Fonctionnalités clés du système :

• Automatisation complète : Pilotage du processus via un automate Siemens et le logiciel TIA Portal.
• Précision accrue : Intégration de capteurs laser pour un positionnement exact de la grille au-dessus des bains.
• Contrôle Qualité par IA : Utilisation d’une Jetson Nano (NVIDIA) et de la vision par ordinateur pour évaluer la qualité du cuivrage.
• Jumeau Numérique : Modélisation 3D et simulation physique du système sous NX Mechatronics Concept Designer.
• Sécurité industrielle : Refonte totale du câblage électrique avec arrêt d’urgence et modes de fonctionnement manuel/automatique.

UNE DÉMARCHE D’INGÉNIEUR : DE LA RÉCUPÉRATION À LA SIMULATION

Le projet s’est déroulé selon une méthodologie rigoureuse, simulant les contraintes réelles d’un bureau d’études :

1. État de l’art et Rétrofit électrique : Analyse du matériel existant, conservation des moteurs et capteurs mécaniques fonctionnels, reconstruction complète du schéma électrique pour garantir la sécurité des opérateurs.
2. Programmation et Automatisation : Développement du programme automate sur TIA Portal. L’équipe a dû créer des blocs fonctionnels séquentiels pour synchroniser les mouvements de la grille et pour éviter les collisions.
3. Intégration Robotique : Programmation d’un bras robotisé Niryo (Ned 2) pour saisir les pièces en fin de cycle et les trier selon les instructions de l’automate.
4. Conception du Jumeau Numérique : Grâce aux corps de collision, aux capteurs et aux articulations définis dans NX MCD, le jumeau numérique simule le comportement et les interactions physiques de la machine réelle.
5. Ajout d’une Interface Homme-Machine : Implémentation d’une IHM permettant le lancement et l’arrêt du cycle de fonctionnement, ainsi que le contrôle à la demande des moteurs ou du bras robotisé.

DÉMONSTRATION

DÉFIS RENCONTRÉS ET SOLUTIONS APPORTÉES

Ce projet a confronté les étudiants à plusieurs défis techniques majeurs :

• La communication inter-systèmes : Faire dialoguer le capteur laser et le bras robotisé avec l’automate Siemens a nécessité une configuration fine des protocoles de communication.
• La synchronisation des tâches : Pour éviter que le robot et la grille fonctionnent simultanément (risque de collision), l’équipe a mis en place des variables d’état permettant d’assurer un séquençage des actions cohérent.
• L’intégration de l’IA : L’entraînement du modèle de reconnaissance d’images sur la Jetson Nano a été un succès, mais la mise en place d’une communication temps réel avec l’automate n’a pas pu être implantée avant la fin du projet.

PERSPECTIVES D’ÉVOLUTION

Ce projet ouvre la voie à de potentielles améliorations pour les futures promotions :

• Finalisation de l’interface de communication entre le module d’Intelligence Artificielle et l’automate pour un tri 100 % autonome.
• Perfectionnement du Jumeau Numérique pour intégrer les signaux des capteurs en temps réel (Virtual Commissioning).
• Optimisation des cycles de fonctionnement pour augmenter la cadence de production.

Ce travail témoigne de la capacité des étudiants de Génie Électrique à maîtriser l’ensemble de la chaîne de valeur industrielle, de la puissance électrique à l’intelligence artificielle.

REMERCIEMENTS

Nous tenons à remercier chaleureusement l’équipe technique de la plateforme Usine du Futur, menée par M. Hugel pour leur aide précieuse sur la partie technique. Nous remercions également nos encadrants M. Lafont, M. Mesbahi et M. Samet pour leur suivi et leurs conseils tout au long de ce semestre.