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Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Industrialisation dune éolienne Questions et réflexions sur la spécification.

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1 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Industrialisation dune éolienne Questions et réflexions sur la spécification dun produit dans un environnement numérique, sa cotation ISO et ses conséquences sur sa fabrication D. Taraud

2 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Besoin CdCF produit ProduitProcessus MoyensMatériauProcédé Pré conception du produit Qualification du produit Configuration des moyens Lancement de la production Production Gestion des ressources humaines et matérielles Contrôle et suivi de la production Conception détaillée pièce Pré conception de la pièce Conception détaillée produit Par pièce, spécification dimension- nelle et géométrique critique Conception spécifiée pièce Validation dun principe doutillage Par pièce, analyse de la relation produit – matériau – procédé Par pièce, élaboration du processus prévisionnel, validation du procédé, définition dun brut capable Choix des moyens Étude, réalisation et qualification des outillages Définition du processus et des paramètres de production Validation du processus par simulation Optimisation du processus Rédaction du dossier dindustrialisation Élaboration CdCF outillage Conception spécifiée pièce Validation dun principe doutillage

3 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Quelques constats… Léducation nationale ne cote plus, ou presque… après les périodes de cotation géométrique complète, de la cotation fonctionnelle unidirectionnelle, les pratiques dans ce domaine se réduisent au savoir-faire de quelques spécialistes en CPI et Productique… La maîtrise de la qualité des procédés et des processus, de la capabilité des moyens de production questionnent fortement les démarches de cotation fonctionnelles « pures »… Les pratiques industrielles de cotation, pragmatiques, fondées sur lexpérience locale, visant à lopérationnalité immédiate et rarement formalisées ne peuvent pas servir de modèle de formation… Le concept GPS et la cotation ISO associée, lapprentissage de leur maîtrise et de leur codification renforcent cette impression de difficulté…

4 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Quelques réflexions prospectives… Pourquoi la CAO volumique, qui bouleverse les modes de conception, naurait aucune influence sur les spécifications ? Pourquoi «coter» des volumes géométriquement parfaits, définis de façon mathématiquement juste ? Comment prendre en compte laugmentation exponentielle de la précision et de la répétabilité des moyens de production modernes? Pourquoi la spécification fonctionnelle dun produit ne serait pas prise en compte dans les processus de fabrication

5 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Des propositions détudes… Un exemple concret : une éolienne pour bateaux de plaisance, fortement optimisée du point de vue de son industrialisation, intégrant des pièces de toutes formes, tous matériaux, tous procédés… Zoom sur une pièce particulière, le support tournant en alliage daluminium retenu pour son processus de fabrication double (fonderie et usinage) Mise en relief de concepts nouveaux à valider dont lintérêt pourrait être de formaliser des démarches de formations intégrant les différents points de vue du concepteur et des fabricants…

6 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Industrialisation dune éolienne De lexpression du besoin à la maquette de conception préliminaire 1ère partie

7 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Principe retenu Pales Dynamo Girouette Liaison complète réglable Liaison Pivot Raccord électrique tournant Vent

8 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Squelette numérique fonctionnel

9 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Structure fonctionnelle de léolienne

10 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Maquette numérique de conception préliminaire de lensemble

11 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Conditions fonctionnelles géométriques et dimensionnelles J1 C3 J2 T1 et T2 T3 et T4 T5S1 C4

12 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Industrialisation dune éolienne Optimisation de la relation produit matériau procédé dune pièce 2ème partie

13 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Environnement du support tournant Stator dynamo Carter Support tournant Support fixe Dérive Rotor dynamo Collecteur tournant Axe stator Support tournant

14 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T FAST danalyse de conception Convertir lénergie cinétique du vent en électricité Convertir lénergie cinétique du vent en énergie mécanique Convertir lénergie mécanique en électricité Sorienter par rapport au vent selon le rendement optimal Transmettre lélectricité produite Hélice à pales à pas fixe Dynamo Orienter lhélice par rapport au mat Support tournant et dérive Collecteur électrique tournant Permettre la rotation de léolienne Guider lhélice Supporter le carter de protection Supporter les raccord tournant Positionner et maintenir la dérive Permettre le passage des fils

15 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Fonctions associées au support Solution techniqueContraintes fonctionnelles Niveau de flexibilité Orienter lhélice par rapport au mat Laxe de rotation de lhélice et à laxe du mat sont perpendiculaires et concourants Support en une pièce positionnant les deux axes CF1 : 1 perpendiculaire et concourant à 2 ( 1, 2) < 1mm ( 1, 2) < 3° Permettre la rotation de léolienne Guider le support en rotationMontage de roulements CF2 : 2 coaxial à 4 ( 1, 2) < 0,05 mm Arrêter le support en translationEpaulement et circlips CF3 : Jeu de fonctionnement J1 J1 = ] 0, 1mm] Maintenir lhélice et régler lentrefer Créer une liaison pivot glissant entre support et axe dhélice Emmanchement cylindrique CF4 : C3 coaxial à C4 CF5 : Jeu diamétral J2 ( 3, 4) < 0,1mm J1 = ] 0; 0,2mm] Blocage en position de laxe dhélice par vis de pression 2 vis de pressionCF6 : Trous taraudés appartenant au plan diamétral P1 (T1, T2, P1) < 1mm Supporter les peignes du raccord tournant Créer des liaisons complètes entre supports de peigne et support 2 trous taraudés 1 surface de contact de mise en position axiale CF 7 : T3 et T4 ont des axes concourants et perpendiculaires à 4 La surface dappui est perpendiculaire à T3 et T4 et parallèle à 3 (T1, T2, P2) < 1mm d(T3, T4) < 0,5 mm D(Sa, 4) < 0,5 mm (Sa, 3) < 3° Permettre le passage des fils électriques Prévoir ouverture de passage des fils dans le support TrouCF8 : T5 : Trou de passage 10 * 10 mini Dimensions indifférentes, éviter arêtes agressives Supporter le carter de protection Prévoir surface de butée entre carter et support EpaulementCF9 : H = 3 miniSimple butée Positionner et maintenir la dérive Créer une surface dappui dans le plan diamétral vertical Surface plane « verticale » CF 10 : S1 coplanaire plan diamétral vertical P2 (S1, P2) < 1mm Prévoir fixation complète par éléments filetés 2 vis de fixationAucunePositions indifférentes Bilan des contraintes fonctionnelles

16 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Relation produit matériau procédé du support tournant Une méthode doptimisation de la relation produit matériau procédé du support tournant peut être menée à laide dune démarche spécifique

17 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Résultat du couple retenu pour le support tournant Contraintes : Résistance conditions marines Résistance mécanique normale Production moyenne série Optimisation des coûts Matériau : Alliage daluminium Légèreté Résistance aux éléments extérieurs Résistance mécanique Usinable pour guidages précis Fonderie coquille métallique par gravité Etats de surface corrects Précision dimensionnelle suffisante avec reprises dusinages limités Coûts intéressants en moyenne série

18 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Validation du principe doutillage Support et ses attributs de coulée Demie coquille sans poignards Demie coquille avec poignards Zones de décarottage

19 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Modèle nominal de conception détaillée du support tournant Support usiné Support brut

20 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Intégration des contraintes associée aux usinages Direction dapproche 1 Direction dapproche 2 Direction dapproche 3 Pas de possibilité de diminuer le nombre de directions dapproches… Validation du brut de fonderie et des usinages associés

21 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Contraintes fonctionnellesNiveau de flexibilité Analyse des contraintes CF1 : 1 perpendiculaire et concourant à 2 ( 1, 2) < 1mm ( 1, 2) < 3° Empilement de liaisons, risque de non respect CF2 : 2 coaxial à 4 ( 1, 2) < 0,05 mm Montage de roulements, besoin de précision CF3 : Jeu de fonctionnement J1 entre circlips et bague de roulement J1 = ] 0, 1mm]Peu de charges, fonctionnement unilatéral, peu de risques CF4 : C3 coaxial à C4 CF5 : Jeu diamétral J2 ( 3, 4) < 0,1mm J1 = ] 0; 0,2mm] Conditions dassemblages à respecter CF6 : Trous taraudés appartenant au plan diamétral P1 (T1, T2, P1) < 1mm Pas de fortes contraintes de précision, position peu critique CF 7 : T3 et T4 ont des axes concourants et perpendiculaires à 4 La surface dappui est perpendiculaire à T3 et T4 et parallèle à 3 (T1, T2, P2) < 1mm d(T3, T4) < 0,5 mm D(Sa, 4) < 0,5 mm (Sa, 3) < 3° Orientation et position des balais assez précise pour le bon fonctionnement CF8 : T5 : Trou de passage 10 * 10 miniDimensions indifférentes, éviter arêtes agressives Aucune contrainte CF9 : H = 3 miniSimple butée darrêt du carterAucune contrainte CF 10 : S2 usinée pour esthétique et sécuritéMinimum de matière avec la gorge de circplis Peu précis Analyse des contraintes fonctionnelles critiques compte tenu du procédé

22 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Surfaces fonctionnelles à privilégier en cotation Existe-t-il des surfaces qui seraient plus importantes que dautres dans la cotation fonctionnelle du support…? Quantitativement : de par le nombre de fois où elles interviennent dans le respect dune contrainte fonctionnelle Qualitativement : de par limportance de leurs caractéristiques géométriques, dimensionnelles… Si oui, il faut les identifier avant de spécifier fonctionnellement le support de manière à privilégier une cotation partant de ces surfaces prépondérantes

23 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Typologie des surfaces en conception Surfaces géométriques Surfaces fonctionnelles Surfaces influentes Surfaces prépondérantes Surfaces de départ de la cotation Epaulement Trou de fixation Alésage Portée de roulement

24 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Recherche des surfaces prépondérantes Question ? Si il existe une ou plusieurs surfaces prépondérantes appartenant au support, comment les identifier ? Réponse En analysant chaque contrainte fonctionnelle critique En identifiant pour chaque contrainte les surfaces influentes En recherchant les surfaces influentes les plus utilisées

25 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Graphe des liaisons Support Axe stator Support vertical Pivot Pivot glissant Pivot Vis pression Contact ponctuel Hélicoïdal Hélice rotor

26 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Surfaces influentes du support tournant T1C4 I T2 T3 T4 S2 C2 C1 G S3 S1 J T5 H

27 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Surfaces influentes sur le support fixe C5 S4 C6 S5 S6

28 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Surfaces influentes sur laxe stator C3 M2 M1

29 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Bilan partiel des surfaces influentes du produit éolienne Hélice rotor Support Axe stator Support vertical Vis pression M1 C3 M2 S4 C2 S5 C5 C6 S6 H2 S7 H T1 T2 G C1 C4 T5 S1 S2 T3 T4

30 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Analyse des contraintes fonctionnelles CF Axe stator M1 C3 M2 Support vertical S4 S5 C5 C6 S6 Vis pression H2 S7 Support C4 H T1 T2 G C1 C2 T5 S1 S2 T3 T4 US2 US1 CF1 : 1 perpendiculaire et concourant à 2 ( 1, 2) < 1mm ( 1, 2) < 3° CF1 C 3 C5C6 US1 ( 2) C1C2 US2 ( 4) CF1 C3 ( 1) C4 ( 3)

31 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Analyse des contraintes fonctionnelles CF CF2 : 2 coaxial à 4 ( 1, 2) < 0,05 mm Axe stator M1 C3 M2 Support vertical S4 S5 C5 C6 S6 Vis pression H2 S7 Support C4 H T1 T2 G C1 C2 T5 S1 S2 T3 T4 US1 US2 C5C6 CF2 US1 US2 C1C2

32 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Analyse des contraintes fonctionnelles CF CF4 : C3 coaxial à C4 et jeu diamétral J2 ( 3, 4) < 0,1mm J1 = ] 0; 0,2mm] Axe stator M1 C3 M2 Support vertical S4 S5 C5 C6 S6 Vis pression H2 S7 Support C4 H T1 T2 G C1 C2 T5 S1 S2 T3 T4 C3 C4 CF4

33 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Analyse des contraintes fonctionnelles CF CF 6 : T3 et T4 ont des axes concourants et perpendiculaires à 4 La surface dappui est perpendiculaire à T3 et T4 et parallèle à 3 (T1, T2, P2) < 1mm d(T3, T4) < 0,5 mm D(S2, 4) < 0,5 mm (S2, 3) < 3° Axe stator M1 C3 M2 Support vertical S4 S5 C5 C6 S6 Vis pression H2 S7 Support C4 H T1 T2 G C1 C2 T5 S2 S1 T3 T4 US2 T3T4 CF6 US2 C1C2 C4 S2

34 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Bilan des relations fonctionnelles entre surfaces influentes par condition C3 C5C6 CF1 C4 US1 US2 C1C2 C5C6 CF2 US1 US2 C1C2 C3 C4 CF4 T3T4 CF6 US2 C1C2 C4 S2

35 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Graphe de contraintes relatif au produit C3 C5C6 CF1 C4 US1 US2 C1C2 CF6.a CF4 T3 T4 S2 CF6.b CF2 Graphe récapitulant les contraintes fonctionnelles relatives au produit devant être respectées… Identifie les surfaces concernées dites surfaces influentes Exprime des associations fonctionnelles de surfaces construites artificiellement

36 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Surfaces influentes et surfaces prépondérantes Surfaces influentes C1C2C3C4C5C6S2T3T4US1US2 CF CF CF4 11 CF6.a CF6.b 1111 Bilan Surfaces prépondérantes de lembase à privilégier en cotation et fabrication

37 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Surfaces prépondérantes du support US2 C4 C2 C1 C3 C5C6 CF1 C4 US1 US2 C1C2 CF6.a CF4 T3 T4 S2 CF6.b CF2

38 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Industrialisation dune éolienne Arbre de cotation critique et spécifications ISO 3ème partie

39 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Contraintes fonctionnelles critiques Niveau de flexibilité CF1 : 1 perpendiculaire et concourant à 2 ( 1, 2) < 1mm ( 1, 2) < 3° CF2 : 2 coaxial à 4 ( 1, 2) < 0,05 mm CF4 : C3 coaxial à C4 et jeu diamétral J2 ( 3, 4) < 0,1mm J1 = ] 0; 0,2mm] CF 6.a : T3 et T4 ont des axes concourants et perpendiculaires à 4 (T1, T2, P2) < 1mm d (T3, T4) < 0,5 mm CF6.b : La surface dappui est perpendiculaire à T3 et T4 et parallèle à 3 d (S2, 4) < 0,5 mm (S2, 3) < 3°

40 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Géométrie critique du produit C4 C3 S2 T3 T4 C1 C2 C5 C6 Surfaces géométriques participant à la spécification critique du produit

41 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Graphe des surfaces influentes produit et pièce C3 C5C6 CF1 C4 US1 US2 C1C2 CF6.a CF4 T3 T4 S2 CF6.b CF2 C4 US2 C1C2 CF6.a T3 T4 S2 CF6.b Arbre de cotation du support

42 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Traitement de la condition CF CF1 : 1 perpendiculaire et concourant à 2 ( 1, 2) < 1mm ( 1, 2) < 3° C3 C5C6 CF1 C4 US1 US2 C1C2

43 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T B A A A Traitement de la condition CF1 relative au support Cylindres, dont les éléments de situation sont des droites qui doivent coïncider Relation «droite/ droite» coïncidentes créant une union de surfaces US2 Codification ISO A B C4 US2 C1C2 CF6.a T3 T4 S2 CF6.b ISO

44 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Traitement de la condition CF1 relative au support C4 US2 C1C2 CF6.a T3 T4 S2 CF6.b Cylindres, dont les éléments de situation sont des droites perpendiculaires et concourantes Relation «droite droite» perpendiculaires et concourantes Codification ISO ø1ø1 ø2 B A A A D C ø C D D

45 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Traitement de la condition CF2 2 4 C5C6 CF2 US1 US2 C1C2 CF2 : 2 coaxial à 4 ( 1, 2) < 0,05 mm

46 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Traitement de la condition CF2 relative au support Cylindres, dont les dimensions doivent coïncider avec les roulements Relation dimensionnelle entre alésages et bagues de roulement : ajustement Codification ISO C4 US2 C1C2 CF6.a T3 T4 S2 CF6.b Coïncidence C1-C2 : fait en CF1 Ø Aj B A A A

47 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Traitement de la condition CF CF4 : C3 coaxial à C4 et jeu diamétral J2 ( 3, 4) < 0,1mm J1 = ] 0; 0,2mm] CF4 C3 C4 øAj Relation dimensionnelle entre alésage C4 et axe de stator Codification ISO Ø Aj

48 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Traitement de la condition CF CF 6.a : T3 et T4 ont des axes concourants et perpendiculaires à 4 (T1, T2, P2) < 1mm d(T3, T4) < 0,5 mm T3T4 US2 C1C2C4 S2 d CF6.b : La surface dappui est perpendiculaire à T3 et T4 et parallèle à 3 d (S2, 4) < 0,5 mm (S2, 3) < 3°

49 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Traitement de la condition CF6.a Cylindres T3 et T4 Union des cylindres C1 et C2 Codification ISO Relation «droite- droite» perpendiculaires et concourantes : Fiche 9.3 T4 D D D D T3T4 US2 C1C2

50 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Traitement de la condition CF6.b Cylindres T3 et T4 Plan S2 Codification ISO Relation «droite- plan» perpendiculaires : Fiche 13.2 T4 D D T1 T3T4 C4 S2 d T4

51 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Traitement de la condition CF6.c Cylindre C4 Plan S2 Codification ISO Relation «droite- plan» parallèles et à distance : Fiche 12.1 T4 C4 T3T4 C4 S2 d C4 d D D T4 C4

52 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Cotation critique du support D D T4 C4 ø1 ø2 B A A A ø C D D D

53 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Arbre de cotation critique relatif au support C4 US2 C1C2 T3 T4 S2 Arbre de cotation du support Aj

54 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Codification ISO Tolérance générale ISO

55 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Dossier de fin de conception détaillée dune pièce 1. Conception spécifiée de la pièce : Maquette numérique (cotes nominales ou moyennes, à préciser) Cotation critique : arbre de cotation et plan

56 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Dossier de fin de conception détaillée dune pièce 1. Programme de production prévisionnel 2. Processus de fabrication prévisionnel : Validation du principe doutillage Axes dapproches en usinage 1000 pièces par an par lots de 100 durant 3 ans Coquille métallique : 2 directions de tiroirs 2 zones de décarottage Usinages complémentaires : 3 axes dapproche

57 Séminaire industrialisation Clermont Ferrand, les 1er et 2 avril 2003 – D. T Vers un nouveau savoir-faire en cotation ? Pour lassemblage Arbre dassemblage Graphe des contraintes fonctionnelles critiques Pour chaque pièce Arbre de construction Arbre de cotation critique Maquette numérique produit Maquette numérique pièce Cotation nominale ou moyenne intrinsèque Cotation critique explicite Indice de tolérancement général ISO


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