Newsletter N°2 - Vers un nouveau standard de fichier pour concevoir les lignes de production ?

AutomationML, le format de fichiers neutre destiné à générer l'interopérabilité entre les outils de planification des usines devient une réalité. Initié par Daimler et des fournisseurs d'équipements de production, il a été présenté pour la première fois, et dans sa version 1.0, en avril à la Foire de Hanovre.

« Dans un projet de réalisation d'un site de production automatisé, l'ingénierie représente jusqu'à 60% de l'investissement », commentent les initiateurs de ce projet. Selon eux, cela est dû au manque d'opérabilité des outils utilisés pour concevoir les équipements. En effet, dans ce domaine, si les outils de conception et de simulation numériques sont désormais nombreux, ils traitent généralement un seul maillon de la chaîne entière et sont souvent associés à des formats de données propriétaires. Et surtout, les transferts d'informations entre les différentes solutions de conception et celles utilisées lors de l'industrialisation, jusqu'à la programmation des machines, demeurent difficiles. A chaque étape, chacun réinjecte les données dont il a besoin, parfois manuellement, avec les risques de retard et d'erreurs que cela implique...

C'est la raison pour laquelle en octobre 2006, le constructeur automobile Daimler (à l'époque encore Daimler-Chrysler) a lancé le projet AutomationML, pour Automatisation Markup Language. Son idée ? Assurer l'interopérabilité entre les outils numériques, à toutes les étapes du processus d'ingénierie, en construisant un format de données neutre intégrant les principales informations utilisées depuis la conception, la planification et jusqu'au lancement des chaînes de fabrication. Pour cela, « pas question de réinventer la roue », commente Alexander Alonso Garcia, de l'équipe Robotique et technologies de commande du constructeur. Plutôt que de bâtir un format spécifique, Daimler et ses partenaires (ABB, Kuka Robot Group, Rockwell Automation GmbH, Siemens Automation & Drives, netAllied et Zühlke, ainsi que les universités de Karlsruhe et Magdeburg) ont au contraire penché pour l'agrégation des standards du marché. Sa solution : une approche orientée objet. Pour la décrire de façon utile dans l'ensemble du processus d'ingénierie, depuis les premières esquisses jusqu'aux informations nécessaires pour assurer la production, chaque composant (un robot, une pince, un automate...) d'une ligne ou d'une cellule de production est décomposé en objets et sous objets caractérisés par leur géométrie, leur cinématique, leur comportement, leur classement dans la hiérarchie topologique de l'ensemble et leurs relations entre eux. Le tout est agrégé grâce au langage XML, dont le format tire son nom : AutomationML.

Autre point particulier, dans la description selon AutomationML, chaque caractéristique de base d'un objet s'appuie sur un outil déjà existant. Les informations topologiques, qui décrivent la structure hiérarchique des installations, se reposent ainsi sur le format CAEX (Computer Aided Engineering Exchange), développé notamment par ABB depuis 2002. La géométrie des objets, autrement dit leur définition 3D, ainsi que les données concernant leurs propriétés cinématiques (leurs dépendances les uns vis-à-vis des autres et leurs possibilités de mouvements dans l'espace) se reposent quant à elles sur le format standard 3D COLLADA (COLLAborative Design Activity). Développé à l'origine par Sony, ce format est désormais géré par le consortium industriel Khronos Group et est notamment usité par les acteurs du jeu vidéo. Le comportement des objets, qui décrit les séquences auxquelles ils doivent obéir et les connexions logiques d'entrées/sorties entre les uns et les autres, utilise quant à lui le format de données XML PLCopen.

AutomationML assure ainsi le lien entre ces différentes briques. Cette structure présente l'avantage de se reposer sur des standards reconnus et de « découper » la description des installations en plusieurs segments plus faciles à manipuler. Ses initiateurs le  qualifient ainsi de « glue » entre les formats de données historiques.

La différence avec un format standard tel que Step ? « Step est un format proprement dit qui essaie de décrire tout de façon exhaustive, dans une démarche "académique", explique Alexander Alonso Garcia. Il n'est d'ailleurs pas très employé. AutomationML est quant à lui un format intermédiaire. Il ne décrit pas touts les équipements dans leur moindre détail et ne contient pas toutes les données nécessaires à l'exécution, mais regroupe les informations utiles tout au long de la conception des installations. » Autrement dit, il ne décrira pas une machine multiaxes dans son exacte définition (la façon dont sont disposés précisément les axes etc.) mais en tant qu'un ensemble à plusieurs degrés de liberté qui présente des liens avec d'autres équipements (par exemple avec un dispositif de chargement déchargement) et avec des accessoires opérationnels (une pince sur un robot, une broche sur une machine...).

AutomationML est également associé à un Workflow particulier qui simplifie la conception des équipements, partant de la définition 3D des composants nécessaires à l'élaboration de la cellule et de leur importation dans un outil de simulation 3D, pour passer à la construction de la mécanique de l'ensemble, puis au montage électrique et, enfin la programmation des robots et des automates.

« Avec AutomationML, nous pouvons consacrer notre temps pour la planification de nouvelles installations, sans avoir à chaque fois à investir des sommes importantes dans l'interchangeabilité des données. Cela économise de l'argent, mais simplifie également la formation des utilisateurs », explique-t-on chez Daimler. L'emploi d'un même jeu de données tout au long du processus réduit également les erreurs dans la récupération et la retranscription des données, mais aussi de simuler au plus tôt les installations et donc de résoudre les problèmes en amont de la fabrication. Enfin, pour les fabricants d'équipements, ce format assure également une interface garantie entre les solutions. Et si AutomationML a démarré dans des activités liées à l'automobile (des lignes robotisées en l'occurrence), « ce format n'est pas spécifique à l'automobile. Il correspond aux besoins de l'industrie en général, dans le cadre de la conception d'usines et de cellules de production », explique Alexander Alonso Garcia.

Les partenaires ont d'ores et déjà mis en place des démonstrateurs prouvant la validité de la démarche et sa faisabilité. « Nous avons débuté avec un type de données restreint mais important  pour la description des équipements. Le format est donc d'ores et déjà utilisable dans un premier niveau », commente Alexander Alonso Garcia. Les prochains travaux des partenaires porteront sur la description des trajectoires des objets (et pas seulement une description de leur action) et un passage vers un mode de représentation de la géométrie plus complet avec, notamment, le passage des Breps et des maillages (autrement dit des visions surfaciques des objets) vers une approche solide de type CSG (construction Solide Geometry) utilisant des arbres de construction et associant des formes volumiques.

Reste encore pour ce format de plus dans l'univers de la production de convaincre les industriels, à commencer par les fabricants d'équipements. Il dispose pour cela d'un dernier avantage, majeur : il est basé sur une technologie ouverte et... gratuite. Les fournisseurs de machines ont donc tout intérêt à s'y intéresser. Surtout s'ils veulent travailler avec Daimler !