Le design des bouteilles à grande vitesse
Grâce à la simulation, la société Krones AG a réussi à optimiser la forme et l'épaisseur de la paroi des bouteilles en PET de manière à ce qu'elles soient plus stables et plus durables sans avoir à sacrifier le design. En même temps, une part importante des précieuses ressources en plastique est économisée. Un gain pour l'entreprise et l'environnement.
En lien avec le slogan de Krones "We do more", les responsables de Krones ne sont pas satisfaits de ce qui a déjà été réalisé. En collaboration avec CADFEM, une solution d'automatisation a été développée qui permet de rendre les calculs FEM complexes accessibles à un grand groupe d'utilisateurs dans le monde entier.
" Notre objectif était de réduire considérablement les essais de soufflage en utilisant un concepteur numérique de bouteilles ", explique Ulrich Lappe, responsable de la conception et de l'application des emballages PET chez Krones. " Lorsqu'une partie des boucles d'itération en laboratoire ne sont plus nécessaires, nous économisons non seulement de l'argent mais aussi du temps, que nous pouvons utiliser pour des commandes supplémentaires. En effet, les résultats de la simulation peuvent être utilisés pour apporter des optimisations fondamentales à la conception du récipient avant même la production d'un premier moule de soufflage. "
Une partie intégrante du développement
Chez Krones, la simulation fait partie intégrante du développement de produits depuis des décennies, aussi bien pour le développement de nouveaux produits que pour le perfectionnement et l'optimisation de produits existants. " Cependant, les exigences n'ont cessé d'augmenter, si bien qu'aujourd'hui, nous sommes en train de passer de l'échantillonnage physique à l'échantillonnage numérique ", explique Thomas Albrecht, qui dirige le département CRD Analytics and Simulations chez Krones. "Si nous pouvons prédire le comportement de la bouteille à l'aide des simulations, nous serons en mesure de la produire, de la remplir et de la transporter plus rapidement, plus durablement et plus efficacement."
Pour ce faire, il faut prendre en compte l'ensemble du cycle de vie d'une bouteille. En commençant par le processus de moulage par étirage-soufflage, le récipient doit ensuite passer par plusieurs composants de la machine. Pendant le remplissage et l'étiquetage, les bouteilles sont soumises à des pressions élevées. Elles sont également soumises à des contraintes pendant le stockage et le transport des bouteilles vides et remplies, ce qui doit être pris en compte dès la conception. Enfin, le toucher et l'aspect de la bouteille pour le client final est un critère tout aussi important pour la conception des bouteilles.
Ulrich Lappe, Head of PET Pack Design and ApplicationChaque prototype que nous construisons, nous le testons car grâce à la simulation nous réduisons considérablement les coûts directs. Une boucle dans le prototype réel coûte plusieurs milliers d'euros, et cela n'inclut pas les revenus que nous perdons en ne pouvant pas accepter d'autres commandes en raison des contraintes de temps.
Conseiller le client le mieux possible
" Une bouteille en PET se comporte différemment d'une bouteille en verre ; en d'autres termes, pas comme un corps rigide ", souligne Maximilian Braun, qui supervise le projet d'automatisation du processus de simulation présenté ici. "Une bouteille PET jetable de 0,5 l pèse beaucoup moins qu'une bouteille en verre de même volume. Néanmoins, toutes les exigences relatives à la stabilité ou à la ligne de traitement complète doivent être respectées. C'est pourquoi nous utilisons également la simulation pour comparer les variantes de bouteilles entre elles. Ainsi, nous pouvons être sûrs de conseiller au mieux nos équipes de conception ainsi que nos clients. Ils obtiennent non seulement un récipient élégant, mais aussi un produit fonctionnellement irréprochable."
Afin de réduire davantage l'effort requis pour les simulations et de les rendre plus faciles à gérer, Krones a lancé un appel d'offres pour un projet de standardisation et d'automatisation des processus. "Parmi les trois fournisseurs qui ont participé à l'appel d'offres, CADFEM s'est particulièrement distingué", rapporte Thomas Albrecht. "Sur la base de la coopération de longue date et des analyses préliminaires effectuées, nous étions convaincus qu'avec CADFEM, nous pourrions obtenir une solution sur mesure."
Le projet avec CADFEM - le FEM Bottle Wizard - comprenait un changement de système vers Ansys Workbench afin de concevoir une chaîne de processus FE entièrement automatisée avec prétraitement, calcul et post-traitement en utilisant ACT (Application Customization Toolkit). La normalisation et l'automatisation de la simulation ont permis de créer un flux d'informations ordonné, notamment un lien avec le système SAP. "Nous utilisons le modèle CAO pour spécifier quelle bouteille doit être simulée", explique Maximilian Braun. "De même, les données relatives aux matériaux et la répartition de l'épaisseur des parois sont définies. Ensuite, les cas de charge à analyser doivent être spécifiés ainsi qu'un numéro de commission ou de commande dans le formulaire de demande afin de lancer l'automatisme."
Thomas Albrecht, Head of CRD Analytics and SimulationsEn tant qu’experts en simulation chez Krones, nous avons réfléchi à la méthodologie de calcul avec CADFEM et élaboré un concept détaillé pour l'application dans le département spécialisé. Cela a ensuite servi de base à l'automatisation, que CADFEM a mise en œuvre comme demandé.
Standardisation et automatisationn
Six cas de charge ont été implémentés jusqu'à présent : charge supérieure vide et charge supérieure remplie comme cas de charge de pile, charge latérale remplie, simulation de pression hydrostatique, simulation de surpression et simulation de vide. Ces cas simulent le comportement sur les bandes transporteuses, dans les machines de traitement et l'haptique pour l'utilisateur final. Avec le nouvel assistant, les exigences sont définies en 5 minutes au lieu des 40 nécessaires auparavant. Il ne faut également que 10 minutes pour mettre en place un projet de simulation. La facilité d'utilisation repose sur le fait que l'utilisateur est guidé tout au long du processus à l'aide de l'arbre de structure. La rapidité résulte du haut degré d'automatisation ainsi que des calculs dans le cluster.
En outre, les résultats sont rapidement disponibles sous la forme d'un rapport standardisé, généré automatiquement. Si tous les calculs sont nécessaires, ils peuvent désormais être effectués en 24 heures, alors qu'il fallait auparavant plusieurs jours. Avec la mise à disposition de l'assistant, le nombre de simulations de bouteilles effectuées a augmenté de manière significative car des résultats bien fondés sont disponibles rapidement. Dans de nombreux cas, cela se produit en quelques heures et non le lendemain ou le surlendemain.
Thomas Albrecht explique : "en 2019, nous avons pu réaliser environ 150 projets, chacun comportant plusieurs cas de charge et plusieurs simulations. Cela représentait plus de 700 calculs, un nombre qui était auparavant inimaginable pour nous. Cependant, ce n'est pas le nombre qui compte, mais plutôt les avantages qui en découlent. Il s'agit notamment d'une amélioration de notre expertise en matière de conseil, de la facilité avec laquelle nous pouvons mettre en œuvre les exigences de conception de nos clients, d'une accélération des processus de décision et d'une plus grande fidélité des clients."
Martina Birk, Head of Sustainability, Krones AGGrâce à la simulation, la société Krones AG a réussi à optimiser la forme et l'épaisseur de la paroi des bouteilles PET afin qu'elles soient plus stables et durent plus longtemps sans renoncer à des designs originaux. Dans le même temps, une importante quantité de plastique, une ressource précieuse, est économisée. C'est un atout pour l'entreprise et l'environnement.
Des avantages multiples grâce à une utilisation à l'échelle du groupe
Le Bottle Wizard peut être utilisé dans l'ensemble du groupe en faisant effectuer les calculs par les employés des différentes branches ou filiales. Jusqu'à présent, il a été utilisé en Allemagne, aux États-Unis, en Chine, en Thaïlande et à Dubaï. "Avec la nouvelle solution Wizard, nous avons pu élargir la base d'utilisateurs des simulations aux concepteurs de conteneurs du monde entier", rapporte Ulrich Lappe.
"Il y en a maintenant beaucoup. En particulier, lorsque vous êtes confronté à un problème, vous pouvez essayer directement des variantes similaires afin de le résoudre. De même, les erreurs qui surviennent ou sont détectées tardivement peuvent être résolues plus rapidement. Nous avons également constaté que les résultats de la simulation permettent aux clients de comprendre plus facilement pourquoi des changements sont nécessaires. L'échantillonnage qui prend du temps comme la vérification n'est généralement plus nécessaire."
Maximilian Braun, superviseur de projet du concepteur de bouteilles numériquesMon rêve futur pour la simulation serait un rapport de laboratoire virtuel. Cela deviendrait possible si toutes les procédures de test effectuées en laboratoire pouvaient également être réalisées sous forme de simulations. Pour cela, nous avons besoin de modèles encore plus précis et devons intégrer d'autres calculs dans le concepteur numérique de bouteilles.
Le groupe Krones, dont le siège est à Neutraubling, en Allemagne, planifie, développe et fabrique des machines et des lignes complètes pour les techniques de process, de remplissage et d'emballage. La technologie de l'information, la planification d'usine et de nombreux produits des filiales de Krones, comme l'intralogistique et la production de vannes, complètent le portefeuille de produits de Krones. www.krones.com
