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Réseau canadien du CRSNG sur la recherche et l’innovation en technologies d’usinage, phase 2 : CANRIMT2 (2016–2021)

Défi

Le secteur canadien de la fabrication génère 600 milliards de dollars en revenus par année, les secteurs les plus rentables étant l’aérospatiale, l’automobile, l’énergie et la machinerie. L’usinage s’avère particulièrement important en raison de la valeur ajoutée essentielle qu’il apporte à la fabrication des pièces dans l’ensemble de l’industrie. L’industrie manufacturière doit adopter les innovations numériques en matière de développement rapide, de prototypage et d’essais. Elle doit aussi déployer des stratégies qui englobent toute la chaine de développement de produits pour optimiser et améliorer sa compétitivité sur le marché mondial.

Créé en 2010, le Réseau canadien du CRSNG sur la recherche et l’innovation en technologies d’usinage (CANRIMT) a atteint l’objectif associé à sa phase 1 (2010–2015), qui était de jeter les bases d’une technologie d’usinage virtuel (TUV) complète pour les opérations de micro-usinage et de macro-usinage. La diffusion de la TUV auprès des partenaires industriels permet aux entreprises de fabrication canadiennes, en particulier celles du secteur de l'aérospatiale, d’innover, d’améliorer leur productivité et de réduire leurs couts de développement de produits dans une proportion pouvant atteindre 60 %.

Le but à long terme de CANRIMT est de révolutionner le secteur de la fabrication au Canada et ailleurs dans le monde grâce à des modules de simulation d’usine numérique essentiels et complets, partout où des machines ou des pièces de machine sont conçues, assemblées et fabriquées. À ce jour, CANRIMT a livré sa TUV à ses partenaires industriels canadiens et étrangers, fait breveter deux inventions de matériel uniques en leur genre exploitées sous licence par l’industrie et formé 145 étudiants. La phase 1 s’est déroulée avec succès, car elle a permis de créer une solide base de connaissances, une expertise en développement et la collaboration et l’infrastructure industrielles nécessaires pour atteindre les objectifs de la phase 2.

Structure du réseau

CANRIMT2 regroupe 17 chercheurs de sept universités canadiennes (University of British Columbia, McMaster University, École Polytechnique de Montréal, University of Windsor, University of Calgary, University of Waterloo, University of Victoria) et des entreprises ou organisations industrielles partenaires au Canada et à l’étranger (Pratt & Whitney Canada, Honda Canada, Ontario Drive & Gear, CADlink, MEMEX, Origin International, Longterm Technology Services, Alcoa, Sandvik Coromant [Suède], Boeing [États-Unis], Tenaris Tamsa [Mexique], DANOBAT [Espagne], l'Institut de recherche en technologie industrielle [Taiwan] et SIMIC [Corée du Sud]). Les chercheurs ont une vaste expertise en matière de chaines de technologie d’usinage, ainsi que de l’expérience en recherche, en formation et en publication de résultats. En outre, ils ont de l’expérience en milieu industriel dans les domaines suivants : usinage, conception et fabrication assistées par ordinateur (CAO-FAO), capteurs et actionneurs, systèmes de commande, cinématique, tribologie, dynamique, vibrations, métrologie, systèmes et instruments logiciels en temps réel.

La collaboration entre ces laboratoires nationaux, ces divers partenaires industriels et les membres de CANRIMT2 permettra de partager des données et une expertise complémentaires.

CANRIMT2 formera 34 doctorants, 31 étudiants à la maitrise, 14 stagiaires postdoctoraux, 19 étudiants de premier cycle et 5 ingénieurs-chercheurs spécialisés. Les étudiants des cycles supérieurs participeront à des stages chez les partenaires industriels et dans des centres de recherche bien équipés partout dans le monde.

CANRIMT2 recevra un financement de 5,5 millions de dollars du CRSNG, de 780 000 dollars des universités participantes et de 2,1 millions de dollars des partenaires industriels, financement qui sera affecté aux couts directs de la recherche sur cinq ans.

Objectifs de recherche

CANRIMT2 fera fond sur les succès de la phase 1 et consolidera la position du Canada en tant que chef de file dans le nouveau domaine de la simulation des systèmes d’usinage en créant les modules numériques indispensables à la création des usines de demain.

CANRIMT2 élaborera un système de production numérique qui intègre les matériaux, la modélisation des procédés et des produits, de même que les capteurs intelligents pour des machines de fabrication autoadaptatives. Ce système améliorera le cycle de vie des machines et augmentera leur durabilité en réduisant la production de rebuts et la consommation d’énergie. Ces travaux de recherche et d’innovation seront axés sur le développement de nouveaux matériaux de revêtement et systèmes d’outillage pouvant s’adapter aux applications d’usinage; la création de modèles numériques de machines multifonctionnelles qui peuvent être adaptés à l’usinage des engrenages, des matrices, des moules et des pièces de matériel médical et aérospatial; et la conception de nouveaux capteurs et de nouvelles méthodes de traitement des signaux permettant aux machines commandées par ordinateur de s’adapter automatiquement pendant l’usinage.

Pour atteindre ces objectifs, la recherche menée par CANRIMT s’articule autour de cinq thèmes.

  • Thème I : modèles numériques
    Ce thème porte sur l’élaboration de modèles numériques des opérations d’usinage émergentes, notamment la mécanique et la dynamique du tournage-fraisage, l’usinage des engrenages, le filetage et le fraisage orbital; la modélisation des opérations hybrides et séquentielles d’usinage et de fabrication additive; et des modèles de calcul efficients pour les engagements outils-pièces tout au long du parcours de l’outil.

  • Thème II : surveillance et contrôle de l’usinage virtuel assisté par modélisation
    Ce thème porte sur la collecte des données capteurs en ligne et des signaux internes des machines qui constituent des intrants dans des modèles basés sur la physique pour en déduire l’ajustement automatique à apporter aux paramètres opérationnels, le but étant d’atteindre des niveaux de productivité et de qualité des pièces incomparables.

  • Thème III : usinage des pièces composites
    Ce thème porte sur l’élaboration de modèles mathématiques pour effectuer une simulation virtuelle des procédés d’usinage de matériaux composites.

  • Thème IV : gestion adaptative des outils et des procédés et nouveaux procédés et applications de fabrication
    Ce thème porte sur le développement de traitements de surface sur mesure, reposant principalement sur un dépôt physique en phase vapeur, et sur de nouveaux procédés de fabrication permettant de traiter des pièces fabriquées à partir d’alliages exotiques aux caractéristiques complexes pour lesquelles les attentes sont très strictes en ce qui concerne la qualité des surfaces.

  • Thème V : intégration de technologies novatrices dans les plateformes virtuelles et matérielles
    Ce thème porte sur l’intégration des modèles virtuels et matériels proposés aux plateformes logicielles de technologies d’usinage virtuel développées au cours de la phase 1 de CANRIMT, ainsi que sur leur diffusion auprès de l’industrie afin qu’ils soient utilisés dans la production.

Résultats

Au cours des cinq années du projet, les laboratoires du réseau formeront plus de 80 nouveaux ingénieurs qui auront une connaissance approfondie de la fabrication. Et ces ingénieurs deviendront les prochains chefs de file dans le domaine de la fabrication au Canada, tant dans l’industrie que dans les universités et les centres de recherche.
Dans le cadre des projets de recherche ci-dessous, on mettra au point de nouvelles méthodes et technologies de fabrication que les partenaires industriels pourront utiliser directement.

Projets de recherche
  • La mise au point d’un système de simulation et d’optimisation de l’usinage virtuel pouvant être utilisé seul ou dans un environnement de fabrication assistée par ordinateur. Les problèmes imminents de la machine-outil, par exemple le broutage ou encore la surcharge de la broche ou de l’outil de coupe de la machine, pourront être prévus et la machine pourra être automatiquement ajustée en vue de son fonctionnement sûr et optimal.

  • La simulation et l’optimisation de tâches d’usinage complexes, comme l’usinage des engrenages, le filetage de conduits flexibles et les opérations de tournage-fraisage, qui seront exécutées dans un environnement virtuel.

  • L’optimisation de la géométrie, du matériau et du revêtement des outils de coupe, de la vitesse de coupe et de l’avancement afin d’usiner des matériaux composites, des aciers trempés, ainsi que des alliages de titane et de nickel utilisés dans l’industrie aérospatiale, l’industrie automobile, la fabrication de moules et de matrices et l’industrie biomédicale.

  • La modélisation des stratégies d’usinage pour les matériaux déposés par des techniques de fabrication additive et développement de nouvelles techniques d’usinage chimique pour des matériaux ignifuges et des alliages d’acier trempé.

  • Le développement d’algorithmes de surveillance et de contrôle des procédés d’usinage assistés par capteur, qui seront intégrés à la machine et reliés à des algorithmes de planification et de simulation virtuelles pour créer des machines intelligentes autoadaptatives permettant d’améliorer l’exactitude du positionnement et la productivité.

Personnes-ressources

Yusuf Altintas
Directeur scientifique et chercheur principal
Téléphone : 604-822-5622
Courriel : altintas@mech.ubc.ca

Joanne O’Connor
Coordonnatrice du réseau
Téléphone : 604-827-4292
Courriel : management@nserc-canrimt.org
Site Web : This link will take you to another Web site www.nserc-canrimt.org


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