Les enjeux du tolérancement De la cotation fonctionnelle à la qualification 1

Schneider Electric en bref Spécialiste mondial de la distribution électrique et des automatismes & contrôle Une offre complète de produits et de services pour répondre aux besoins de 4 grands marchés : • Résidentiel, • Bâtiments, • Industrie, • Energie et Infrastructures. 3 marques mondiales : Merlin Gerin, Square D, Telemecanique Présence équilibrée dans 130 pays 74 276 collaborateurs Chiffre d’affaires de 8,78 milliards d’euros Résultat d’exploitation de 1,007 milliard d’euros Résultat net de 433 millions d’euros 2

Contexte de globalisation mondiale et création de pôles technologiques Internationalisation des implantations industrielles : Rapprochement des centres de production des marchés locaux France, Pays de l ’Est, Chine, Indes, Indonésie, Mexique Internationalisation des centres de développement : France, USA, Mexique, Indes, Chine Regroupement des centres de développement en pôles technologiques Rapprochement des « cultures de BE » propre à chacune des sociétés originelles : Merlin-Gerin « ISO 8015 » Telemecanique « Cotation fonctionnelle » Square D « ANSI » Contexte économique de réduction des coûts Six sigma, QVE, lean manufacturing, sous traitrance. Globalisation des bonnes pratiques et référence aux normes ISO Les contextes industriels et économique conduisent Schneider dans une phase de rationalisation par : Le rapprochement des centres de production des marchés locaux. L’implantation internationale des centres de développement. Le regroupement des centres de développement par spécialité technologiques : Exemple : 2 pôles mondiaux en électromécanique (Grenoble pour l’Europe et Cedar-Rapid pour les US) avec des savoir faire et des pratiques différents (mais souvent complémentaires) Volonté affirmée de réduction des coûts par des actions comme six-sigma ou le « Quality Value Engineering ». Nécessité d ’adopter des pratiques communes : Normes ISO Langue anglaise

La formation chez Schneider Electric Périmètre d’action France géographique (22 000 personnes) Spécificité Un Département Formation concepteur et labellisateur de Formation Quelques chiffres-clé Budget 31 M€ (200 MF) Masse salariale + de 4 % Nombre jours de formation : 2 jours/personne/an Finalités Développer les compétences et l’employabilité des collaborateurs Projets S’adapter au business de l’entreprise notamment par la prise en compte des besoins de formation internationaux liés à la globalisation mondiale.

Démarche de conception robuste Modèle CAO / Dessin technique Formalisation univoque du besoin fonctionnel au travers d ’un langage normalisé Concept Définition ? CONCEPTION FONCTIONNELLE Cotation fonctionnelle et tolérancement statistique Détermination des cotes fonctionnelles et optimisation des tolérances: - Pourquoi cette cote ? - Pourquoi ce nominal ? - Pourquoi cette tolérance ? Dans la conception d’un produit, le principal livrable du Bureau d’Etudes est le dossier de définition. C’est la partie émergée d’un iceberg comprenant entre autre, les plans de définition cotés des constituants du produit. C’est aussi le résultat du travail de cotation fonctionnelle et de tolérancement statistique qui permet de répondre à 3 questions fondamentales : Pourquoi cette cote ? Pourquoi cette valeur nominale ? Pourquoi cette tolérance ? Cette phase que nous appellerons « conception fonctionnelle » prépare la qualification des constituants.

Processus de cotation fonctionnelle Production Qualification Industrialisation Modélisation CAO Tolérancement Analyse de sensibilité Épure fonctionnelle Modèle de simulation C.d.C.F. Identification - Quantification - Hiérarchisation des CAE Identification - Schématisation des cotes fonctionnelles Prise en compte des paramètres fonctionnels dans un outil de calcul et de gestion interfacé avec une CAO 3D Validation de solutions permettant l’équilibrage des sensibilités des paramètres fonctionnels Tolérancement technico-économique permettant de garantir la fonction Modélisation 3D à partir de squelettes fonctionnels pilotés par la cotation en application de l’ISO 8015 Le processus adopté par les Bureaux d’Études de Schneider permet la prise en compte permanente des besoins du client issues le l’Analyse Fonctionnelle du Besoin. L’Analyse Fonctionnelle Technique permet ensuite l’identification et la hiérarchisation des Conditions d’Aptitude à l’emploi. La hiérarchisation des fonctions et autres paramètres fonctionnels est une notion essentielle sur laquelle je reviendrai tout à l’heure. L’étude des chaînes de cotes linéaires et non-linéaire est une étape permettant l’analyse des sensibilités des maillons. La sensibilité des paramètres fonctionnels est un des critères de choix technico-économique d ’une architecture produit. Le tolérancement s’effectue en fonction des procédés d ’obtention envisagés afin d ’être optimisé tout en garantissant le respect des CAE avec une approche statistique adaptée (maîtrise du nombre prévisionnel de ppm de défectueux). En parallèle, le modèle CAO 3D est bâti à partir de squelettes fonctionnels qui référencent la cotation. Le modèle CAO est également porteur des spécifications géométrique. La hiérarchisation des fonctions, l ’analyse de sensibilité et le tolérancement permettent de préparer le plan de qualification des constituants. L’ensemble de ces éléments étant gérés de manière interdépendante dans un tableau croisé, il est ensuite possible d’effectuer des calculs à partir des données remontées de la production. Maillage complet de l’ensemble des cotes et CAE Plan de qualification bâti à partir des gravités héritées de l ’AFT et des AMDEC ainsi que du poids relatif des cotes fonctionnelles Mesures et rebouclage : capitalisation sur les capabilités et la conception

C.d.C.F. Hiérarchisation des caractéristiques fonctionnelles : un héritage complexe Fonction de service 2 Fonction de service 1 AFT AV AMDEC Fonction technique 1 Fonction technique 2 Fonction technique 3 Fonction technique 4 CAE11 CAE12 CAE1i CAE21 CAE22 CAE2i CAE31 CAE32 CAE3i CAE41 CAE42 CAE4i Cote 1 Cote 2 Cote 3 Cote 4 Cote 5 Cote 6 Cote 7 Cote 8 Cote 9 Cote 10 Cote 11 Cote 12 Criticité Plan de qualification pièces Gravité Je reviens ici sur la notion de hiérarchisation permettant, à partir du niveau de gravité donné par l ’Analyse Fonctionnelle et les AMDEC, de définir par héritage la gravité des CAE élémentaires. L’interdépendance relationnelle des CAE et des cotes conduit à prendre en compte l’analyse des sensibilités et les tolérances des cotes pour obtenir les niveaux de criticité qui seront portés sur les plans de détail et qui serviront à l’établissement du plan de qualification des constituants.

Schématisation des chaînes de cotes Épure fonctionnelle Schématisation des chaînes de cotes A01P L02P RO1S L03S L02P L04S R01E L03P F2 Voici pour terminer, un exemple simple destiné à illustrer mon exposé : A partir de la CAE F2 située entre 2 surfaces des pièces P et S, l ’analyse des liaisons nous permet d’obtenir un schéma de cotation et de contraintes géométrique qui sera ensuite reporté dans un outil de calcul afin d’analyser les sensibilités et d’effectuer le tolérancement.

Analyse de sensibilité Modèle de simulation Validation du concept Équilibre des sensibilités Analyse de sensibilité D E S I G N A T O L C . : F 2 R é f d e l a p i è c ( o m , n ° ) t V u r Sensibilité ki P s v H g 1 3 4 T o l é r a n c e A01P L02P R01E RO1S L03S L04S L03P F2 + - I T - , 6 1 1 1 9 , 2 , 6 8 1 , 7 , 5 9 1 1 3 , 6 - , 5 5 1 , 6 - , 8 6 3 4 , 9 - , 5 9 1 6 - 1 L’analyse de sensibilité permet de vérifier voire d’optimiser la solution envisagée pour répondre au besoin. R é s u l t a t C . A . E 1 , 1 6 D i s p e r s i o n a r i t h m é t i q u e + - D i s p e r s i o n s t a t i s t i q u e + - L o i s t a t i s t i q u e u t i l i s é e : E c a r t t y p e : T a u x d e r e b u s

Tolérancement statistique A01P L02P R01E RO1S L03S L04S L03P F2 3 Cotes contribuent à 75 % de la dispersion de la CAE étudiée Dispersion autour de la moyenne du lot et dispersion de la moyenne des lots de fabrication A l’issue du tolérancement, un calcul statistique de la contribution relative de chaque cote à la dispersion de la condition (poids exprimé en %) permet d’identifier rapidement les cotes les plus influentes dont il conviendra de maîtriser la dispersion. Ici, 3 cotes contribuent à près de 75 % de la dispersion de la condition.

Tableau croisé des cotes / CAE (poids relatifs) Industrialisation Qualification Tableau croisé des cotes / CAE (poids relatifs) Cote majeure compte tenu des autres CAE et de l’héritage des gravités des fonctions impactées Cotes critiques pour la CAE F2 Nom L01P L02P L03P A01P D01P D02P CAE Valeur 23,2 11 9,2 10 3,65 IT ±0,35 ±0,3 ±0,4 ±1 ±0,15 F1 10,5 0,6 F2 28,1 23,6 1,2 F3A 15,2 2,7 F3B 5,3 F4 2,5 F6 1,11 1,7 0,25 ±0,6 ±0,68 ±0,51 ±0,63 ±0,24 ±0,16 IT Statistique Un tableau croisé reprend l ’ensemble de ces informations en y intégrant la gravité héritée de chaque fonction afin de définir le niveau de criticité de chaque cote.

Formalisation du besoin fonctionnel Modélisation CAO Formalisation du besoin fonctionnel Le modèle CAO étant bâti à partir du schéma de cotation dimensionnel, la cotation est alors traduite en respect des normes ISO pour formaliser le besoin fonctionnel de manière univoque. Cette opération est réalisée sur le modèle 3D afin que toute mise en plan reprenne cette cotation sans incohérence possible.

Justifications économiques 15 % de l'investissement d'un projet définit 90 % du coût du produit à réaliser études indus. production coût du produit temps 100 % 90 % 75 % 15 % 5 % coûts engagés par les décisions prises évolutions relatives des dépenses L'impact économique et la qualité obtenus par l'apport de cotation fonctionnelle et du tolérancement statistique sont tels, que leur application dès la phase d'étude ne peut-être que rentable Ces courbes illustrent bien les conséquences économiques des choix effectués dans la phase de développement. Les techniques utilisées chez Schneider ont un impact sur : Le temps de développement La cotation fonctionnelle permet de valider le concept et réduit considérablement la mise au point du produit. La robustesse des modèles 3D La cotation fonctionnelle définit le squelette de chaque constituant, dont le modèle est alors beaucoup mieux structuré, évitant ainsi les « explosion » du modèle 3D devenu impossible à modifier (2 à 3 en moyenne entre le pré-développement et la gestion technique). Le choix des tolérances L’élargissement des tolérance tout en garantissant les fonctions étudiées a un impact direct sur le coût du produit. Les modifications d’outillage La cotation fonctionnelle et le tolérancement statistique réduisent le nombre de « trains de modification » (une modif peut en cacher une autre !) qui allongent les délais et sont coûteuses (reprise de moules par exemple). La mise au point et la montée en production Le rentabilité du projet de produit est améliorée car les disfonctionnements constatés lors de la la montée en cadence sont beaucoup moins nombreux. La capitalisation d’expérience La gestion du dossier de cotation fonctionnelle dans le PDM permet d’en garder une trace réutilisable dans d’autres projets.

Conclusion DANS LE PROCESSUS DE DEVELOPPEMENT, LA CONCEPTION FONCTIONNELLE EST UNE DEMARCHE RATIONNELLE ET RAISONNEE QUI PERMET : De donner des garanties de réalité industrielle et économique. L'identification et le suivi des paramètres nécessaires à la maîtrise de la conception et de la fabrication. De réaliser des dessins techniques conformes à l'utilisation des constituants qu'ils définissent. D’optimiser la qualification et le rendre pertinent le contrôle des constituants L’accessibilité à la cotation fonctionnelle nécessite de la formation afin d’acquérir la connaissance du métier, la méthode et la rigueur nécessaire à la discipline. Il faut garder en mémoire que chaque mise en œuvre sur les projets, garantit des gains significatifs. L’objectif principal d’une démarche de conception fonctionnelle est d’aller vers l’excellence.