05.06.2024
Une usine pour apprendre
C'est ce que propose la Lernfabrik Globale Produktion au laboratoire de technique de production de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT). Elle n'est pas seulement un lieu d'apprentissage pour les étudiants, mais elle réunit la science et l'industrie et constitue le point de départ d'une collaboration innovante.
Josip Kopcic connaît bien la région de Karlsruhe. La raison : il s'occupe de cette région pour Balluff depuis presque 10 ans déjà en tant que collaborateur du service extérieur. Il se trouve également au laboratoire de technique de production de l'Institut de technique de production (wbk) à l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT). C'est en effet là que se trouve la Lernfabrik Globale Produktion, un environnement de démonstration et d'apprentissage des nouvelles technologies et des processus dans le cadre de la production. L'équipe de la Lernfabrik soutient Kopcic par son savoir-faire technique, en tant que membre du jury du hackathon annuel et par la mise à disposition de solutions d'automatisation Balluff.
Point de départ d'une collaboration innovante
Le wbk Institut für Produktionstechnik a une longue histoire. Fondé en 1952 par le professeur Walter Schmidt, son évolution reflète les progrès technologiques et industriels des dernières décennies. Faisant partie de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT), il s'est fixé pour objectif de mener des recherches proches de la pratique sur les nouvelles techniques de production et d'élaborer de nouvelles technologies. Il s'articule autour de trois grands domaines de recherche : "Systèmes de production", "Machines, installations et automatisation des processus" et "Technique de fabrication et des matériaux". Lorsque Josip Kopcic est venu en 2015 avec dans ses bagages le standard de communication IO-Link pour une production plus flexible et plus efficace, ce fut le point de départ d'une collaboration innovante.
Grâce à l'usine d'apprentissage, les étudiants peuvent expérimenter des systèmes de production complexes et collecter des données pour leurs travaux de recherche.
Lien entre la théorie et la pratique
Gisela Lanza, directrice de l'institut des systèmes de production au wbk, explique l'idée de base de la Lernfabrik comme suit : "Les étudiants doivent disposer d'un lieu où ils peuvent mettre en pratique et explorer leurs questions théoriques sur les techniques de production du futur - en quelque sorte une usine pour apprendre". En collaboration avec d'autres entreprises de l'industrie, le wbk et Balluff ont entrepris de faire de ces idées une réalité.
"Au début, l'usine d'apprentissage représentait un système de production stationnaire composé de différentes stations", explique Magnus Kandler, qui était déjà à bord en tant qu'étudiant lorsque les premières formations et stations de travail ont été développées et mises en service. À l'époque, Kandler étudiait l'ingénierie économique à Karlsruhe et a aidé à mettre en place la Lernfabrik. "C'est d'autant plus agréable de poursuivre le projet en tant que collaborateur scientifique, de le développer et de l'organiser", explique Kandler, dont le travail actuel se concentre sur la planification des systèmes de production et la gestion numérique des ateliers.
Application de nouvelles formes de production
La Lernfabrik Globale Produktion n'ouvre pas ses portes uniquement aux étudiants. Le wbk propose également des formations ou des conférences aux entreprises et autres organisations. "Nous avons ici la possibilité de sensibiliser aux nouvelles tendances de la production et donnons aux entreprises la possibilité d'expérimenter elles-mêmes de nouvelles technologies ou approches comme la maintenance prédictive, l'économie circulaire ou la coopération homme-machine", explique Kandler.
Modulaire, mobile et autonome
"Pour que cela soit possible, la Lernfabrik doit être à la pointe de la technologie", explique Alexander Geiser, responsable du matériel de la Lernfabrik. "A l'institut, nous cherchons toujours des moyens d'utiliser les nouvelles technologies dans la Lernfabrik. Car elle est aussi notre vitrine, non seulement pour l'enseignement et la formation continue, mais aussi en tant que plate-forme permettant aux entreprises de présenter leurs solutions innovantes".
Pendant la pandémie, l'institut a misé sur l'enseignement en ligne. L'équipe a profité de cette période pour revoir le concept qui commençait à dater. En collaboration avec Balluff et d'autres partenaires, des idées de développement de l'usine d'apprentissage ont vu le jour : elle devait être modulaire, mobile et autonome. En outre, la traçabilité sans faille des différents produits via un passeport produit ainsi que le thème de l'économie circulaire jouent un rôle important.
Les postes de travail se composent d'une même structure de base sur laquelle sont ensuite montées les différentes machines nécessaires à l'étape de production. La nouvelle architecture a permis de réduire considérablement les temps de changement de ligne.
Aujourd'hui, l'usine d'apprentissage se compose de dix stations de travail mobiles, chacune équipée de la technologie sans fil, d'actionneurs électriques et de batteries, afin de garantir un fonctionnement mobile et autonome. Les stations sont toutes conçues de la même manière et peuvent être équipées de différents outils, machines ou robots en fonction des exigences du processus de production.
Les dix nouvelles stations sont complétées par deux robots industriels, un robot collaboratif et trois presses pneumatiques. Cette modularité permet de reproduire les scénarios industriels les plus divers afin d'offrir aux participants, lors des formations, une adaptabilité maximale aux besoins de leur entreprise. "Une grande flexibilité, des temps de changement courts et une mise en service simple étaient au centre de nos préoccupations", explique Geiser pour décrire les objectifs.
Les stations sont conçues de manière à guider les personnes à travers le processus de production. La "recette" de l'étape de production est enregistrée dans le système, la pièce est identifiée et des écrans ou des signaux lumineux indiquent ce qui doit être fait exactement. Cela réduit les risques d'erreur et les coûts de formation.
Des impulsions appréciées
Au fil du temps, plus de 120 composants individuels de Balluff ont été installés dans l'usine d'apprentissage, depuis les maîtres sans fil IO-Link jusqu'aux capteurs de surveillance conditionnelle (BCM), qui mesurent non seulement les données de processus, mais aussi les données environnementales telles que les vibrations, la température ou l'humidité de l'air, en passant par les têtes de lecture et d'écriture RFID pour la reconnaissance des pièces individuelles.
"Au début, nous nous sommes surtout concentrés sur les thèmes de la traçabilité et du passeport produit", explique Geiser. "Grâce à l'échange avec Josip Kopcic de Balluff, la surveillance de l'état est devenue un sujet plus important. Nous apprécions beaucoup cet échange et ces impulsions".
"Le progrès ne s'arrête pas", explique Kopcic pour expliquer sa motivation. "C'est pourquoi, chez Balluff, nous essayons toujours de trouver de nouvelles solutions et de transposer les tendances en produits praticables. Nous avons également cette motivation avec l'usine d'apprentissage".
Les données collectées par le BCM peuvent par exemple être utilisées pour détecter des anomalies pendant le processus de production et en tirer des conclusions sur l'état de l'installation. Il en résulte de nombreuses approches pour le développement de nouvelles solutions dans le domaine de la maintenance prédictive, par exemple au moyen de l'intelligence artificielle et du machine learning. Une base idéale pour que les étudiants testent les différentes approches.
Passer à travers pour une idée lumineuse
L'engagement de Balluff ne se limite toutefois pas au matériel. Le spécialiste des capteurs et de l'automatisation soutient également le hackathon qui a lieu une fois par an. Une trentaine d'étudiants travaillent pendant 30 heures sur plusieurs cas dans l'usine d'apprentissage. Les idées qui en résultent sont présentées et évaluées par un jury d'experts issus de la pratique et de la science sur la base de différents critères tels que l'efficacité, l'originalité et la maturité ou le modèle commercial et le potentiel de marché sous-jacents.
L'équipe gagnante reçoit un prix conséquent de plus de 1500 euros. "Lors du hackathon, tout le monde donne le meilleur de soi-même. On peut sentir la motivation et la passion dans la salle. C'est fascinant de voir comment les équipes développent de nouvelles solutions en très peu de temps", explique Kopcic, qui est également membre du jury.
Magnus Kandler (à gauche) et Alexander Geiser (à droite) sont des collaborateurs académiques et des candidats au doctorat au wbk. M. Kandler fait partie du groupe Planification des systèmes de production et étudie le Digital Shopfloor Management. Dans la Lernfabrik, il donne des formations aux entreprises et est responsable des modèles commerciaux. Alexander Geiser fait partie du groupe de l'assurance qualité et s'occupe, dans le cadre de l'e-mobilité, du remanufacturing de composants de piles à combustible.
Situation gagnant-gagnant
"La recherche dans l'usine d'apprentissage, les formations et le hackathon sont pour nous une vitrine", explique Kandler. "Quand on arrive chez nous dans le hall, les postes de travail mobiles sont l'une des premières choses que l'on voit. Cela favorise aussi l'échange avec les partenaires, les étudiants et les entreprises". Pour Balluff et le wbk, cet engagement est une situation gagnant-gagnant : "Les étudiants entrent en contact avec nos solutions. Une fois diplômés, nombre d'entre eux créent leur propre entreprise ou trouvent leur place dans l'industrie. L'un ou l'autre se souvient alors de nous. Cela a déjà donné lieu à de nombreux projets", se réjouit Kopcic.