Miniaturisation des systèmes de production : Jusqu'où peut-on réduire l'échelle ?

Les exemples de miniaturisation progressive des systèmes techniques sont nombreux. La "loi de Moore", par exemple, stipule que la densité d'intégration des micropuces double tous les 18 mois. Aujourd'hui, cela signifie qu'une seule puce contient environ 35 milliards de transistors. Le smartphone en est un autre exemple frappant. Au cours des 20 dernières années, il est passé du statut de téléphone mobile à celui d'appareil multifonctionnel intégré de communication, de navigation, de divertissement et d'usage professionnel. La tendance à "condenser" les fonctions et les propriétés techniques a déjà donné naissance à de nouvelles disciplines techniques : là où la frontière entre l'électronique et la mécanique devient de plus en plus floue, on parle aujourd'hui de mécatronique. Le fait que la miniaturisation des structures techniques soit une tendance générale ne s'observe toutefois pas uniquement dans les biens de consommation. Prenez, par exemple, le lanceur Falcon Heavy de SpaceX, actuellement le plus puissant au monde, est en filigrane par rapport à la fusée "Saturn V" historiquement la plus puissante du programme Apollo. SpaceX économise l'énergie et d'autres ressources - et est également partiellement réutilisable.

L'argument avancé est que cette tendance n'aurait de toute façon qu'un impact limité sur les machines et les plantes, car.. 

• contrairement aux circuits intégrés à microprocesseur ou aux smartphones, ils sont installés et exploités dans un environnement industriel; 

• ils consomment beaucoup moins d'énergie que les systèmes spectaculaires tels que les fusées porteuses

L'objection perd de son importance si l'on comprend que la miniaturisation n'est pas une fin en soi, mais un "moyen de parvenir à une fin". Au sens technique, toute solution plus économique et plus efficace est une "miniaturisation" qui nécessite moins de matériaux de production, de consommation ou autres et optimise l'utilisation de l'énergie, de la main-d'œuvre et d'autres ressources - tant que la fonctionnalité requise est assurée et que la conception des modules et des composants de la machine et les séquences du processus de production restent cohérentes.

Par conséquent, l'économie de ressources matérielles et énergétiques est l'objectif même de la miniaturisation. Afin d'évaluer correctement et de manière exhaustive le coût et les avantages de la miniaturisation dans les systèmes de production, il est nécessaire de prendre en compte à la fois le point de vue des équipementiers dans la construction de machines et d'installations et le point de vue des clients finaux/opérateurs. L'analyse des coûts du cycle de vie (LCC), développée par la Fédération allemande de l'ingénierie (VDMA), peut servir de ligne directrice pour une approche orientée vers le système. En outre, la procédure peut être très ciblée selon les sections appropriées de la directive VDI 4800 BLATT 1 (Mesure et évaluation de l'efficacité des ressources / février 2016). Les normes et méthodes d'une telle analyse et les mesures qui en découlent sont décrites ici. L'observation d'entreprises HARTING Kundencompany particulièrement performantes montre que de telles analyses doivent inclure une liste systématique des potentiels. En fin de compte, la mise en œuvre des mesures apportera des avantages concurrentiels qui se développeront tout au long du cycle de vie d'un système de production.

On peut en déduire les stades d'innovation décisifs suivants, classés en fonction des dépenses :  

1. Optimisation par la réduction de la taille, la simplification, la minimisation des coûts des matériaux et l'utilisation de nouveaux matériaux progressifs pour les composants existants, les modules et les systèmes complets, sur la base d'un savoir-faire de base croissant des équipementiers et grâce à l'utilisation d'outils et de méthodes d'IAO de plus en plus précis.  

2. Réduction de la taille des composants, des agrégats et des modules de machines en combinant deux ou plusieurs unités fonctionnelles qui agissaient auparavant séparément et en augmentant ainsi le degré d'intégration de ces unités. 

3. Utilisation de technologies innovantes et/ou combinaison de technologies existantes et nouvelles pour les composants, les agrégats et les modules - dans le but de réaliser d'importantes économies de matériaux et de coûts ou des gains de productivité qui n'ont pas été possibles jusqu'à présent.  

Si la réduction des effectifs et la rationalisation font partie de l'activité quotidienne des équipementiers mécaniques - et sont donc explicites - les deux facteurs/niveaux plus complexes nécessitent une explication et seront illustrés par des exemples.  

Les exemples suivants servent à illustrer les effets novateurs de la combinaison d'unités fonctionnelles auparavant séparées:

En se basant sur les comportements réussis des clients de HARTING dans le domaine de l'ingénierie mécanique, il est possible de déduire des procédures générales et de recommander les étapes nécessaires à des économies de matériaux ciblées et à la miniaturisation des systèmes de production. En général, il est conseillé d'évaluer le potentiel d'économie et de miniaturisation des différents modules de la machine ou de l'ensemble du système à l'aide des normes et des méthodes d'évaluation que nous avons déjà mentionnées (par exemple, selon les analyses de la durée du cycle de vie de la VDMA (1) ou la directive VDI 4800 SHEET 1 (2)). La procédure suivante est recommandée:  

• Examiner le système de sortie séparément en fonction des modules, unités et fonctions de la machine et les classer par ordre de priorité selon l'un des systèmes recommandés. L'objectif est d'accorder une plus grande priorité aux éléments qui représentent la part la plus importante des matériaux ou des coûts d'un système. De cette manière, les pièces présentant le plus grand potentiel d'économie peuvent être identifiées.  

• Par le biais d'une "analyse d'expert" poursuivant les mêmes objectifs que ci-dessus, des potentiels d'optimisation supplémentaires, moins évidents, inhérents au système sont souvent découverts.. ; 

• Ensuite, les systèmes présentant les potentiels d'économie les plus élevés doivent être évalués d'un point de vue différent, à savoir selon..  

  • Les fonctions clés qui reflètent les compétences essentielles de l'équipementier ;  

  • Les fonctions de base (par exemple les systèmes de transport), qui s'étendent à l'ensemble du système  

  • Les fonctions complémentaires ou auxiliaires qui correspondent davantage à l'état général de la technique et sont d'une importance secondaire pour l'équipementier.  

• Dans l'étape finale, l'applicabilité des trois étapes d'innovation décrites ci-dessus en termes de miniaturisation pour tous les éléments de machine hautement prioritaires doit être évaluée par des experts. 

Les résultats de l'évaluation doivent être présentés dans une matrice aussi abstraite que possible. L'avantage est de créer une matrice de résultats qui évalue la faisabilité, les risques techniques et les économies potentielles. Cela permet d'avoir une vue d'ensemble et de fournir une justification technique et économique solide pour les prochaines étapes concrètes de la miniaturisation et le processus de développement qui en découle. La comparaison de la matrice construite avec les résultats des évaluations intermédiaires régulières permet des corrections efficaces et une présentation transparente de la réalisation des objectifs au cours de la phase de développement.  L'optimisation ciblée des matériaux et la miniaturisation des pièces des systèmes de fabrication permettent d'exploiter d'énormes potentiels d'économie. En quelques étapes de révision et de remaniement, l'OEM peut obtenir des machines plus transparentes, optimisées en termes de coûts et d'exigences - et l'utilisateur final réalise généralement des économies considérables en termes d'énergie et de ressources.

Le groupe technologique HARTING soutient la miniaturisation dans la construction de machines et d'installations en fournissant des solutions pour toutes les interfaces essentielles dans les technologies modernes de commande, d'entraînement, d'interface homme-machine et de communication pour les systèmes de fabrication. Le facteur décisif est que la miniaturisation n'entraîne aucune restriction fonctionnelle. Les trois mêmes niveaux d'innovation se retrouvent dans les produits et les solutions pour les interfaces industrielles qui, en fonction du niveau de miniaturisation et du degré d'intégration, sont adaptés à l'application concernée.

En principe, il n'y a pas de limite inférieure à la miniaturisation, du moins pas une limite qui serait imputable aux interfaces. En effet, ce ne sont pas les interfaces, mais la fonctionnalité et la taille du système qui constituent le "principe directeur" de la miniaturisation, y compris dans la technologie de fabrication. Comme le confirme depuis de nombreuses années la coopération de HARTING avec ses clients, les meilleurs résultats en matière de "scaling down" dans la construction de machines et d'installations peuvent être obtenus précisément lorsque les exigences des OEM sont combinées à l'expérience pratique des fabricants d'interfaces pour les différents secteurs de l'industrie et des applications. Il en résulte des solutions innovantes qui ouvrent la voie à des solutions flexibles, techniquement et économiquement optimisées - et qui ouvrent la voie à d'autres horizons pour les développements futurs.  

Référence :
<sub>1. Bode, F. Bünting, K. Geißdörfer, "Rechenbuch der Lebenszykluskosten", VDMA publishing house, ISBN 978-3-8163-0617-7
2. VDI 4800 Part 1:2016-02,</sub> "Efficacité des ressources - Fondements méthodologiques, principes et stratégies"