Comment l’analyse des données TDM aide TE Connectivity à atteindre son objectif ultime d’inspection totale de la qualité

Le fabricant obtient des informations essentielles en utilisant le logiciel Volume Graphics tout au long de la conception, de la simulation et de la fabrication.

La vague du tout-numérique séduit de plus de fabricants en quête d’un gain d’automatisation, de connectivité et de fiabilité en relation avec leurs modèles et machines. Des enquêtes menées par le Manufacturing Leadership Council et d’autres entreprises montrent des investissements importants dans la fabrication 4.0 et les initiatives de conception et de fabrication numériques connexes, ainsi que des résultats concluants. L’établissement d’une structure numérique performante augmente la vitesse, la profondeur et la souplesse dans la création et la gestion des données de produit.

Figure 1. La simulation s’intègre à un stade précoce dans un workflow de mesure de la qualité en prédisant le comportement des matériaux et en testant les paramètres de conception. Un scan de production TDM final de cette entrée de charge automobile informe également la simulation de nouvelles variations et de distorsions de fabrication. Crédit photo : TE Connectivity.

Aussi impressionnants que sont les avantages d’une plateforme numérique interconnectée pour les disciplines traditionnelles de CAO/IAO/FAO, l’analyse de données par tomodensitométrie (TDM) pour l’inspection de la qualité a considérablement élargi sa portée et son objectif dans le paysage numérique en expansion. Sa nouvelle influence sur les outils centraux de conception, de simulation et de fabrication est importante. Les logiciels d’analyse de données TDM améliorent encore davantage ces outils généralement utilisés bien en amont.

Retour d’information de l’analyse TDM à la conception et à la production

L’établissement de la définition basée sur des modèles (MBD) guide de plus en plus l’ingénierie, au-delà des dessins et des approches hybrides. L’abandon de la lecture manuelle des données au profit de la MBD crée des fils d’information plus profonds et plus larges tout au long du développement du produit, des fichiers d’informations de fabrication du produit (PMI) aux machines et autres programmes.

Les données circulant sur les fils numériques ne sont pas seulement des annotations géométriques et des instructions de fabrication. Les entreprises créent des boucles d’information pour la conception, la simulation et les tests virtuels qui améliorent la précision, la conformité aux spécifications et raccourcissent le temps de fabrication.

Ces nouveaux cycles de développement viennent renforcer la tendance visible depuis quarante ans vers une prise de décision de plus en plus précoce et une validation moins tardive des produits et des méthodes de fabrication au stade de la production.

Établir une référence en matière de contrôle qualité

Il est pertinent qu’une entreprise impliquée dans la connectivité et les solutions de détection pour les véhicules électriques, les avions, les usines numériques intelligentes, l’énergie éolienne et solaire, les cobots, l’IoT, la connectivité à grande vitesse, etc., investisse dans la MBD et les méthodes d’inspection avancées. Avec l’objectif déclaré de contribuer à instaurer un changement technologique transformationnel fondé sur des produits électroniques fiables et durables, TE Connectivity prend la qualité de l’ingénierie au sérieux.

Ce parcours d’ingénierie confronte les avantages des normes ISO de spécification géométrique de produit (GPS) et de la métrologie virtuelle aux limites de l’utilisation de flux de travail de conception classiques. Les anciens flux de travail utilisent des dessins, des systèmes numériques 2D et 3D et, bien qu’ils soient avantageusement moins complexes que les MBD, ils peuvent souvent perdre des informations pendant les conversions de modèle et nécessiter une programmation manuelle fastidieuse lors de la création de programmes de mesure de qualité.

« Le concept GPS est le seul moyen de construire de véritables systèmes basés sur des modèles et des définitions mathématiques exactes », déclare Alexander Stokowski, directeur du développement chez TE Connectivity. Titulaire de la certification Six Sigma Black Belt et professeur de techniques de mesure et GPS à l’université de formation duale du Bade-Wurtemberg (DHBW), Alexander Stokowski est impliqué depuis une décennie dans la transformation numérique.

« La spécification GPS est importante pour déterminer l’axe central de la pièce, obtenir une direction de mesure à 90 degrés et détecter des points. Si, sur le plan mathématique, vous n’êtes pas précis à ce sujet, vous ne pouvez pas créer, et encore moins automatiser, un système de mesure réaliste », explique Alexander Stokowski.

Pour lui et TE Connectivity, la voie vers la conformité MBD et GPS et l’intégration avec l’analyse des données TDM a commencé dans la division des produits automobiles aux alentours de 2012. À cette époque, les premiers projets pilotes ont débuté. « À la fin de l’année 2013, deux ans après nos débuts », indique Alexander Stokowski, « nous avons plus ou moins pris la décision d’intégrer tout ce qui représentait un nouveau développement de produit dans l’environnement de mesure TDM, en visant un taux de 100 %. »

Figure 2A. (À gauche) Échantillon moulé réel d’un corps combiné d’entrée de charge haute performance précédemment testé dans le logiciel Moldflow.  Figure 2B. (À droite) Modèle CAO d’entrée avec annotations de qualité PMI indiquant les tolérances. Aucune conversion de données n’est nécessaire à partir de Creo. Le PMI CAO détaillé est importé directement dans VGMETROLOGY par le système. Crédit photo : TE Connectivity. 

Prise à un stade précoce dans la mise en œuvre industrielle des nouvelles normes ISO, cette décision pionnière a conduit à une collaboration étroite entre PTC (Creo), TE Connectivity et Volume Graphics (VG) pour intégrer de nouvelles fonctionnalités GPS conformes aux normes ISO.

En outre, Patrick Bertram, ingénieur en chef simulation de moulage chez TE Connectivity, a estimé que l’intégration simultanée de la simulation de moule au processus qualité était la clé pour accélérer les cycles d’innovation. Patrick Bertram a ensuite persuadé les fournisseurs Volume Graphics et SIMCON de créer une interface automatisée entre les logiciels de mesure et d’optimisation de simulation.

L’intégration complète et multi-fournisseurs a permis une plus grande utilisation d’annotations basées sur des modèles et de PMI. Cela a conduit à une boucle de résultats de test virtuels et de mesure réels vers la conception et la simulation de moule FEA, en amont, puis vers le prototypage, la revue du premier article (FAI) et la production, en aval.

Figure 3 : Workflow qualité virtuel et physique — (G-D) Concevoir une pièce et définir des mesures de qualité ; générer des rapports numériques et des retours de simulation à l’attention de la conception, si nécessaire ; visualiser et évaluer la pièce à partir de PMI ; utiliser l’IA dans les programmes de simulation et de numérisation pour optimiser les paramètres ; scanner par TDM des pièces échantillons pour les écarts réels. Post conception : préparer des macros d’inspection en ligne et scanner, analyser et évaluer. Post production : analyser les pièces retournées sur le terrain et fournir un retour d’information sur la conception en vue d’une amélioration continue. Crédit photo : TE Connectivity.

Retour sur investissement (ROI) de la qualité

La valeur globale de la qualité est indiscutable. La qualité renforce les marques, attire les clients et diminue les coûts inhérents aux recours en garantie, à la main-d’œuvre de maintenance et à la révision des méthodes de processus et de conception pour trouver la cause profonde des problèmes imprévus.

En revanche, les gestionnaires financiers remettent souvent en question tous les investissements opérationnels sauf ceux qui sont fondamentaux et se satisfont d’un statu quo rentable. Les ingénieurs peuvent être frustrés par l’adaptation de systèmes qui sont nouveaux et encore plus complexes que les programmes précédents. Investir, apprendre et mettre en œuvre des mises à niveau de qualité peut soumettre une organisation à de nombreuses contraintes.

« La vraie valeur de la qualité pour TE Connectivity est le temps que nous gagnons », explique Alexander Stokowski. « Les clients accordent du temps et de la valeur à des produits durables, fiables et de qualité supérieure.

« Quelle est la valeur de quatre à six semaines de développement économisées dans l’ingénierie et potentiellement réalisées dans l’expédition ? » demande Alexander Stokowski. « Comment cela est-il calculé par rapport aux coûts de la machine et du logiciel ? Il n’y a pas de réponses exactes », déclare-t-il. « Mais notre Centre d’excellence (CoE) collabore avec les clients, forme notre personnel et crée notre infrastructure de qualité contribuant à l’innovation. C’est une déclaration de valeur commerciale en soi. »

Figure 4. Calculateur de moteur automobile (ECU) avec 200 broches électriques. C’était la première partie du test dans le cadre du projet d’automatisation du contrôle qualité chez TE Connectivity. Crédit photo : TE Connectivity.

Gain de temps et premier calculateur de moteur

« Nous sommes sur la bonne voie pour arriver à un délai de dix jours dans la conception, la simulation, le scanning et la production d’un rapport de métrologie numérique », indique Alexander Stokowski. « Tellement de choses sont en cours. Nous voulons faire le plus possible avant de fabriquer un élément physique. »

Figure 5. L’intelligence artificielle et l’apprentissage automatique sont des techniques puissantes pour l’annotation, la classification des données de qualité, la localisation des problèmes et la segmentation des défauts en vue de l’identification et des opérations effectuées pendant l’inspection TDM automatisée. Crédit photo : Volume Graphics

Volume Graphics a aidé TE Connectivity à mettre en œuvre les données et boucles de données à un stade précoce avec ses modèles de mesure adaptatifs. Les modèles peuvent classer, localiser et segmenter les défauts à l’aide de l’IA et de l’apprentissage automatique. Ils automatisent également une grande partie de l’analyse de scan et capturent ensuite des informations pour les rapports de métrologie. L’objectif de TE Connectivity est de réduire le temps d’analyse de dix à cinq jours.

L’un des projets de « cycle de conception classique » d’Alexander Stokowski était en cours juste avant l’initiative d’analyse numérique complète par TDM de 2014, qui utilisait le logiciel Volume Graphics. Il s’agissait du développement de moules et de pièces d’un calculateur de moteur. Cette unité du secteur automobile possédait plus de 200 broches électriques et était la première de son genre.

Selon Alexander Stokowski : « Il a fallu près d’un an et plus de dix boucles d’itération pour mettre la pièce en conformité avec les exigences de dessin. C’était une histoire éprouvante et interminable. Et seulement trois ans et demi plus tard, le premier remplacement d’outillage devait être effectué. Vous pouvez imaginer la réaction de l’équipe ! « Mon Dieu... nous aurons besoin d’une autre année pour réaliser les boucles de conditionnement et de correction », pensaient-ils, la tête baissée », dit Alexander Stokowski en riant.

« À cette époque, nous avions déjà mis en œuvre le processus de métrologie numérique et avions réalisé la conception du moule en une seule boucle », explique-t-il.

Figure 6. (dgàd) Patrick Bertram, ingénieur en chef de la simulation de moulage ; Alexander Stokowski, directeur Transformation de l’ingénierie, qui dirige le premier projet ECU à être mesuré et numérisé par TDM ; Tabrez Ahmed Ajaz, directeur COE Métrologie GD. Crédit photo : TE Connectivity. 

Réduire les temps de développement de 75 %

Aujourd’hui, TE Connectivity espère réduire son temps de développement de moules et de pièces de trois quarts par rapport au temps consacré antérieurement. Selon Alexander Stokowski, il y aura toujours des tâches manuelles, un affinement pratique des GD&T, ou des moments pour discuter d’un problème ou résoudre un écart numérique dans le « fil » qui relie les programmes. D’autre part, les ressources sont insuffisantes pour prendre en compte chaque moule dans le plan d’expérience (DOE). Mais les moules critiques de l’entreprise utiliseront le DOE et tous les nouveaux moules passeront par le logiciel VGMETROLOGY.

Les fournisseurs adoptent également cette nouvelle approche. Beaucoup ont acheté leurs propres systèmes de métrologie virtuelle. Vingt à trente pour cent des fabricants d’instruments externes utilisent l’ensemble du système numérique intégré. D’autres font appel à un prestataire externe pour le scanning et utilisent le logiciel en interne. Tous les fabricants d’outils effectuent des contrôles de conformité des matériaux et des mesures de base avant que TE Connectivity ne réalise un rapport métrologique complet au sein du CoE.

Alexander Stokowski s’attend à ce que le processus qualité de TE Connectivity soit finalement adopté par tous les fournisseurs, mais cette vision n’est pas près de devenir une réalité, car il existe des barrières de coût et de culture à la fois pour la spécification GPS et la métrologie virtuelle. Entre-temps, mon équipe et le CoE travailleront à un futur processus de type « bouton-poussoir », même si nous prévoyons, pour des raisons pratiques, de l’appliquer à « soixante-quinze pour cent de notre travail », ajoute Alexander Stokowski.

Grâce à son approche d’amélioration des processus de qualité, TE Connectivity a pu faire de grands pas en avant :

• Toutes les nouvelles pièces moulées par injection sont intégrées à la MBD
• 100 % des pièces moulées par injection sont numérisées et il n’y a plus de mesures tactiles
• Les spécifications des pièces sont créées dans Creo selon les normes GPS d’ISO et converties
• L’interopérabilité de Creo et du logiciel VGMETROLOGY est directe
• 75 % de toutes les données produit sont transportées via PMI
• Seules des reprises isolées sont effectuées en raison d’incompatibilités d’interface

Pour l’inspection finale des pièces, TE Connectivity dispose dans la zone EMEA de six scanners intégrés pour les pièces moulées par injection. Les scanners et le logiciel Volume Graphics explorent – après le rapport de métrologie – les dimensions clés et les zones ciblées d’une pièce plutôt que l’ensemble du composant. Cela pour des raisons de coûts et de temps. Mais la conception virtuelle, l’analyse et les tests des pièces opérés en amont et combinés aux contrôles lors de la revue du premier article garantissent, eux aussi, la conformité aux exigences et double contrôle à l’usine. L’entreprise possède 23 scanners dans le monde, une licence mondiale pour Creo et des suites complètes du logiciel Volume Graphics. Elle exploite un centre de compétences pour l’intégration et la distribution de ces technologies numériques.

La qualité est la clé

Les débats commerciaux sur le montant à investir dans la technologie sont permanents et la comptabilité permettant de révéler certains faits est rarement utilisée. Mais la qualité est la priorité absolue de nombreux établissements et en particulier de la fabrication. La qualité est une valeur d’alignement qui attire les clients, les fidélise et centre les équipes d’ingénierie sur ce qui est important et si étendu dans son impact organisationnel.

« Les outils d’assurance qualité et systèmes numériques de TE Connectivity nous donnent de nombreuses informations sur nos produits : comment les améliorer, pourquoi ils se comportent ainsi et comment repérer et prédire les variations », explique Alexander Stokowski. « À très court terme, nous gagnons du temps et construisons d’excellents produits qui font progresser d’autres domaines tels que l’électromobilité », indique-t-il. « La métrologie virtuelle et la numérisation offrent une infinité de trésors si vous choisissez de les utiliser. »