Modèle de données pour la gestion des informations d’industrialisation en fabrication additive : conformité à la norme STEP et application au procédé par dépôt de matière fondue

Towards a STEP-compliant data model for process information management in additive manufacturing : application to fused deposition modelling

• Auteur / Autrice : Jinhua Xiao
• Direction : Benoît Eynard, Nabil Anwer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie Industrielle : Unité de recherche en Mécanique - Laboratoire Roberval (FRE UTC - CNRS 2012)
• Date : Soutenance le 01/03/2019
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de recherche en mécanique acoustique et matériaux / Laboratoire Roberval

Mots clés

Mots clés contrôlés

STEP-NC (langage de programmation)

STEP (norme)

Industrie 4.0

Produits commerciaux -- Cycle de vie

Technique de la production

Génie industriel

Procédés de fabrication

Gestion des données (systèmes d'information)

Prototypage rapide

Mots clés libres

Fil numérique

Analyse de conformité

Modèle de données

STEP/STEP-NC

Systèmes CAD/CAPP/CAM/CNC

Fabrication additive (FA)

Chaîne numérique

Systèmes XAO

Additive manufacturing

Digital thread

Data model

Interoperability

Conformance assessment

CAx systems

STEP

Résumé

Avec le développement de la fabrication additive (FA), l'intégration de la chaîne numérique et des normes d'échange de données deviennent un enjeu majeur. La chaîne numérique comporte différentes propres phases, dont notamment l’industrialisation et la fabrication. L'échange de données FA peut exploiter divers formats d'impression, tels que STL, AMF, 3MF et STEP. Par conséquent, la standardisation de la chaîne numérique et des formats de données devient un sujet de recherche majeur. Pour développer une approche permettant une meilleure intégration de la chaîne numérique, en particulier pour l’industrialisation et la fabrication une standardisation des formats de données est nécessaire pour améliorer l'interopérabilité entre les différentes applications informatiques (CAO / IPAO / FAO / MOCN). Deux types de problèmes doivent être surmontés : le premier est lié à l'intégration des processus clés, le second est lié au format de données. La contribution de la thèse s’appuie sur les normes STEP / STEP-NC pour les phases d’industrialisation et de fabrication. La première contribution propose la procédure de spécification de la chaîne numérique de FA, mobilisant des concepts, des normes, une représentation de modèle, des langages modélisation et une évaluation de modèle relatifs à cette technologie. La deuxième contribution, le modèle de données de processus FA, est proposée pour traiter les problèmes d'interopérabilité des données dans les phases d’industrialisation et de fabrication qui définissent les objets et entités de l'application, et créent des modèles de données du processus. La troisième contribution porte sur l'analyse de la conformité du modèle de données proposé, qui fournit la méthode d'analyse spécifique pour les opérations de fabrication par couche ou le trajet de la tête d’impression. Enfin, les propositions sont ensuite mises en œuvre dans une architecture globale exploitant la plateforme CatalystEX. Cette architecture assure une démonstration de l’interopérabilité du modèle de données proposé et met en œuvre une étude de cas à partir d’une pièce test NIST. Pour intégrer toutes les informations relatives à la planification et à la fabrication, un fichier physique étendu basé sur STEP / STEP-NC a été créé par STEP Partie-21 pour illustrer la planification de l'impression et les opérations spécifiques.

Regarding the rapid development of additive manufacturing (AM) technology, the integration of digital thread and the standard of data exchange are becoming a huge trend. Digital thread has its own several stages, including production engineering and manufacturing operations. AM data exchange mainly focuses on various print formats, such as STL, AMF, 3MF, and STEP. Therefore, digital thread and information standard become increasing significant. In order to achieve a better integration of digital thread, data standard is needed further to enhance the interoperability among various computer-aided X systems (CAD/CAPP/CAM/CNC). Two kinds of problems must be overcome. The first problem is linked to process-related integration while the second is related to data standard. The contribution of the thesis is based on STEP/STEP-NC standards to integrated production engineering and manufacturing operations. The first contribution proposes the fundamental guideline for specifying AM digital thread, including concepts, standards, model representation, descriptive languages, and model assessment. The second contribution, AM process data model, is proposed to address the issues of data interoperability on production engineering and manufacturing operations that defines application objects and entities, and definitions process of data models. The third contribution focuses on the conformance assessment for proposed data model. It provides the specific analysis way for manufacturing layer and head path, respectively. Finally, the propositions are then implemented by a global architecture based on CatalystEX Platform. Such an architecture makes a demonstration on the interoperability of the developed data model and presents the use of a case study for NIST testing part. In order to integrate all the related information on production planning and manufacturing operations, extended STEP/STEP-NC physical file has been accomplished by STEP Part-21 to demonstrate the print planning and AM operations.