Essais & Simulations 152

ESSAIS ET MODÉLISATION

ESSAIS ET MODÉLISATION Figure 4. La simulation peut saisir les variations de la production thermique et de fluide des machines au fil du temps. Ces tracés de surface isothermes montrent les changements de température peut également menacer la santé et la sécurité des travailleurs. « La poudre de métal utilisée pour les processus de Fab-Add est inflammable et toxique, et lorsqu’elle s’assèche, elle devient encore plus inflammable. Nous devons mesurer et gérer en permanence les niveaux d’humidité, ainsi que la façon dont la poudre libre se propage dans l’installation. » Pour maintenir des conditions atmosphériques correctes, un fabricant pourrait augmenter la ventilation de son usine avec un système complet de contrôle de climatisation, mais cela pourrait être très coûteux. Le NCAM a estimé qu’il lui en coûterait près d’un demi-million de livres anglaises (plus de 560 000 euros) pour ajouter un système de climatisation à ses installations si elles sont de « taille modeste ». Mais qu’en serait-il si la chaleur et l’humidité pouvaient être gérées de manière adéquate sans ajouter un système aussi complexe ? UNE GESTION RÉACTIVE DES PROCESSUS GRÂCE A LA MODÉLISATION MULTIPHYSIQUE L’utilisation de la simulation multiphysique à des fins de gestion approfondie des processus pourrait constituer une alternative Figure 5. Effet de l’ouverture d’une porte sur le flux d’air. La vitesse de l’air vers un conduit de sorte est considérablement affaiblie lorsque la porte située directement en dessous est ouverte rentable. « Dans le cadre du programme DRAMA, nous avons créé un modèle de notre installation en utilisant les capacités de calculs en mécanique des fluides (CFD) du logiciel Comsol. Notre modèle utilise la méthode des éléments finis pour résoudre les équations différentielles partielles décrivant le transfert de chaleur et l’écoulement des fluides dans le flux d’air de notre installation. Cela nous a permis d’étudier comment les conditions environnementales pourraient être affectées par de multiples variables, du temps qu’il fait à l’extérieur au nombre de machines en fonctionnement, en passant par la façon dont les machines sont positionnées à l’intérieur de l’atelier. Un modèle qui tient compte de ces variables aide le personnel de l’usine à ajuster la ventilation et les programmes de production pour optimiser les conditions opératoires ». UNE APPLICATION DE SIMULATION QUI AUTONOMISE LE PERSONNEL DE L’USINE L’équipe DRAMA a rendu son modèle plus accessible en créant une application de simulation à l’aide de l’Application Builder de Comsol Multiphysics (figure 3). « Nous essayons de présenter les résultats de calculs très complexes d’une manière simple et compréhensible. En créant une application à partir de notre modèle, nous pouvons donner au personnel les moyens d’exécuter des simulations prédictives sur des ordinateurs portables pendant leur service. » L’utilisateur de l’application peut définir des conditions limites pertinentes au début d’un changement d’équipe, puis procéder à des ajustements en cours de production si besoin. Tout au long de la journée, les niveaux de chaleur et d’humidité vont inévitablement fluctuer. Il se peut que le personnel de l’usine doive modifier le planning de production pour maintenir la qualité des pièces, ou simplement ouvrir les portes et les fenêtres pour améliorer la ventilation. Les utilisateurs peuvent modifier les paramètres de l’application pour tester les effets de ce type d’actions. Par exemple, la figure 4 présente des tracés de surface isothermes qui montrent l’effet de l’ouverture des chambres de 14 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°152 • Février - Mars - Avril 2023

ESSAIS ET MODÉLISATION Agents à l’intérieur de l’installation du lit de poudre métallique du NCAM au MTC. construction des machines de Fab-Add sur la température de l’air, tandis que la figure 5 montre comment le flux d’air est affecté par l’ouverture des portes de l’usine. Un pas de plus vers un jumeau numérique d’usine Bien que l’application actuelle représente une avancée, elle nécessite encore que les opérateurs saisissent manuellement les données importantes. Pour l’avenir, l’équipe du projet DRAMA envisage quelque chose d’encore plus intégré, et donc de plus puissant : un jumeau numérique pour son installation de Fab- Add. Un jumeau numérique - tel que décrit par Ed Fontes (Chief Technology Officer chez Comsol, dans un article publié en 2019 dans un Blog Comsol - est “une représentation dynamique, mise à jour en permanence, d’un produit, d’un dispositif ou d’un processus physique réel”. Il est important de noter que même le modèle le plus détaillé d’un système n’est pas nécessairement son jumeau numérique. « Pour faire de notre modèle d’environnement d’usine un jumeau numérique, nous devons d’abord lui fournir des données provenant en temps réel de l’usine existante. Une fois que notre modèle d’usine fonctionne en arrière-plan, il peut ajuster ses prévisions en fonction de ses flux de données et suggérer des actions spécifiques basées sur ces prévisions ». « Nous voulons intégrer notre modèle prédictif dans une boucle de rétroaction qui inclut l’usine réelle et son personnel. L’objectif est de disposer d’un système holistique qui réagit aux conditions effectives de l’usine, utilise la simulation pour faire des prédictions sur les conditions futures et procède de manière transparente à des ajustements auto-optimisés en fonction de ces prédictions. À ce moment-là, nous pourrons vraiment dire que nous avons construit un jumeau numérique pour notre usine. » ● PUBLI-COMMUNIQUÉ La bonne réponse à vos problématiques de Mécanique des Fluides Bureau d’études spécialisé en modélisation numérique et mesures expérimentales pour la Mécanique des Fluides, OptiFluides propose un savoir-faire étendu en matière d’Etudes & Ingénierie et en matière de Recherche & Développement. Par son savoir-faire en simulation numérique et mesures expérimentales appliquées à la Mécanique des Fluides, OptiFluides apporte des réponses aux questions complexes posées par les industriels de tous secteurs d’activité. Secteurs d’activité : Hydraulique / Energies et environnement / Chimie / Bâtiment / Biotechnologies / Equipements Industriels / Transport L’outil de simulation numérique permet à OptiFluides de construire un modèle virtuel prédisant les phénomènes physiques mis en jeu dans vos produits, vos installations et vos concepts innovants. Il est ensuite possible d’en visualiser les flux en 3D, de mesurer les rendements énergétiques et d’anticiper les défaillances. Ceci vous permettra de maximiser les performances et l’efficacité de vos produits dès la phase de conception tout en limitant les coûts et les temps de développement ● Echangeur thermique Mousse métallique OptiFluides 66, boulevard Niels Bohr 69100 Villeurbanne Tél. : 04 81 91 53 71 contact@optifluides.net ESSAIS & SIMULATIONS • N°152 • Février - Mars - Avril 2023 I15