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Développements pour la Compétitivité & l’Innovation Stratégique, pour l’Industrie du Futur de la Fonderie [Projet DECISIFF]
L’action mutualisée DECISIFF (2022-2025) portée par le Groupe SAB associe cinq industriels leaders du secteur automobile (Groupe SAB, Saint-Jean Industrie, Eurocast, Fonderie Lorraine, ID-Casting ) et deux Centres Techniques Industriels (CETIM et CTIF) pour accélérer les mutations sur 3 axes majeurs : l’intégration de la Fabrication Additive dans les outillages de fonderie, l’exploitation des données de production au sein d’ateliers industriels encore peu connectés, et la mise en place d’outils inédits de pilotage et d’aide à la réduction de l’empreinte CO2 de la chaîne de valeur complète du secteur (maîtrise des influents process / Recyclage des matières / ACV et Empreinte CO2).
Les fonderies du projet DECISIFF interviennent majoritairement pour le secteur automobile et transforment des alliages d’aluminium, de magnésium ou de zinc en fonderie sous pression ou en moulage gravité moule métallique.
Ce projet répond à un besoin urgent d’action concrète sur le secteur pour transformer les fonderies automobiles et les positionner sans délai sur de nouveaux marchés pour anticiper la conception des véhicules à horizon 2025. Les 3 drivers du projet sont Innover, Moderniser et Décarboner.
Etat d’avancement du projet
Lot 1 : intégration de la fabrication additive dans les outillages métalliques de fonderie
Le lot 1 porte sur l’intégration de la fabrication additive dans les outillages métalliques de fonderie pour l’amélioration des performances via le Thermo-management visant l’accroissement de la durée de vie de l’outillage, l’amélioration de la qualité des pièces et leur santé métallurgique (suppression des points chauds), la réduction des temps de refroidissement et des temps de cycle (notamment les temps de poteyage), …
Quatre démonstrateurs sont à l’étude qui intègrent différentes parties de l’outillage avec des objectifs et des gains attendus différents selon les cas d’application. La finalité est de valider l’apport de l’intégration des éléments en fabrication additive via des essais dans des conditions de production chez les industriels, qualifier et quantifier les gains apportés.
Pour répondre aux objectifs du projet, le programme du lot 1 est défini en quatre grandes étapes : (fig. 1)
Figure 1 : Les quatre grandes étapes du lot 1 du projet DECISIFF.
Les cahiers des charges ont été établis pour l’ensemble des démonstrateurs. Une journée technique Fabrication additive a été organisée et tenue en présentiel en septembre 2022 sur le site du Cetim Saint-Etienne. Au cours de ce temps d’échange un état de l’art a été dressé à l’ensemble des industriels partenaires du projet. Les procédés Fabrication additive pouvant être envisagés pour les applications d’outillages fonderie avec les avantages/limitations ainsi que les développements en cours au CETIM ont été discutés.
La deuxième phase du projet consiste à établir une matrice de choix résultante d’une réflexion menée sur toute la chaine de valeur en prenant en compte différents critères établis (nuances de matériau, pertinence du procédé de fabrication additive, sourcing, aspects coûts, …). L’objectif est de statuer sur le choix du couple matériau/process le plus adapté pour chacun des cas d’application. A ce jour, un démonstrateur est en phase de test chez un industriel, un autre en commande tandis qu’un travail de consolidation / finalisation est encore en cours pour deux cas d’usage.
Il est à souligner la richesse en termes de retour d’expérience et d’informations à mutualiser dans le cadre de ce projet via l’étude des différentes solutions adoptées. Les actions du lot 1 se poursuivront sur les deux phases suivantes sur l’année 2023.
Lot 2 : management de la data
Le lot 2 du projet DECISIFF a un double objectif :
- Relier finement les paramètres de fabrication à la qualité des pièces pour expliquer l’historique de fabrication et prédire des tendances sur les productions futures,
- Améliorer le pilotage et la performance des procédés avec un impact tant sur les taux de rendement synthétique des machines que sur la planification des interventions et maintenances prévisionnelles, en intégrant notamment l’exploitation optimisée d’accès à distance.
Pour atteindre ces objectifs, les différentes étapes sont :
- Appréhender les besoins des industriels et leur système d’information interne (remontée des données, …),
- Compléter l’instrumentation des machines (selon besoin sur les différents sites et procédés) et collecter les paramètres de production de manière à les relier au niveau de la qualité des pièces pour aboutir à une base de données agrégée.
- Analyser les données, les classifier et les interpréter avec des outils open-source de type Machine Learning (réseaux de neurones récurrents, …) pour en extraire des modèles prédictifs.
A ce jour, les cahiers des charges des démonstrateurs des 4 partenaires industriels ont été rédigés (2 fonderies sous-pression et 2 fonderies coquille gravité).
Plusieurs runs de datascience ont été conduits sur les données de production des partenaires.
La figure 2 met en évidence les corrélations entre variables. La représentation des paramètres 2 à 2 (fig. 3) fait ensuite apparaitre des « clusters » de rebuts que l’on cherche à expliquer.
Le travail conjoint du Datascientist, du développeur informatique et des hommes de l’Art – experts CTIF et industriels – s’attache alors à donner un sens physique aux informations livrées par l’exploitation des données.
A ce stade, les modèles déployés n’ont pas permis de prédire de façon suffisamment fiable la production d’un rebut. Les recherches se poursuivent donc par la collecte de données complémentaires.
Figure 2 : Matrice de corrélation entre les paramètres de fabrication.
Figure 3 : Relation 2 à 2, paramètre de fabrication versus la qualité des pièces coulées (pièces bonnes en orange – pièces rebutées en bleu).
Lot 3 : réduction de l’empreinte CO2 de la chaîne de valeur complète du secteur
Le lot 3 du projet DECISIFF a pour objectif de développer un outil de pilotage et d’aide à la décision amont pour la réduction de l’empreinte carbone des pièces fabriquées, sur la base d’une démarche de type Analyse de Cycle de Vie (ACV).
L’outil doit permettre d’évaluer les gains environnementaux et ceux liés aux émissions de Gaz à Effet de Serre (GES, exprimés en équivalent CO2) générés par des scenarii d’amélioration (efficacité énergétique, technologies propres, recyclage…).
Afin d’atteindre cet objectif, le lot 3 se décline selon les étapes suivantes :
- Sensibilisation à la démarche d’ACV et identification du périmètre étudié représentatif des moyens et organisation des industriels partenaires,
- Collecte de données et campagnes de mesures,
- Développement de l’outil de pilotage et d’aide à la décision ainsi qu’étude des scenarii.
Il est également prévu une étape finale de communication et de transfert vis-à-vis de la profession.
A ce jour, les partenaires industriels ont été sensibilisés en commun à la démarche d’ACV au moyen d’un support spécifiquement conçu. Le périmètre d’ACV a été déterminé pour chacun des trois partenaires participant aux cas d’étude. Pour chaque périmètre, un tableur a été élaboré afin de structurer la collecte de données et la création de processus pour l’obtention d’informations environnementales. Cette collecte et cette création suivent actuellement leur cours, jalonnées de réflexions constructives pour le développement de l’outil.
Tout prochainement, sur site, les besoins en campagnes de mesures seront identifiés et les campagnes préparées.
Figure 4 : Périmètre d’ACV général.
Conclusion
Le projet DECISIFF, financé par le gouvernement dans le cadre du plan de Relance, a pour ambition d’accélérer la transformation des fondeurs automobiles en France, et de leur donner accès à des solutions qui leur permettront de répondre plus rapidement à ces différents enjeux.
Concrètement, les développements déployés en collaboration entre les 5 industriels et les 2 CTI impliqués dans ce projet permettront d’accompagner les fondeurs et leur filière industrielle sur une durée de 3 années, pour :
- Renforcer leur compétitivité opérationnelle (modernisation et fiabilité des process) grâce aux outils numériques et à la fabrication additive des outillages,
- Améliorer leur impact environnemental,
Pour plus d’informations sur ce projet, n’hésitez pas à contacter :
Patrick Hairy : Responsable Pôle Développement Métallurgie et Procédé à CETIM-CTIF
Wafa Elmay : Ingénieure projet Métallurgie à CETIM-CTIF
