Unité 11. Aspect économique : Sélection par calcul de coût Il y a des notes dans ce cadre à chaque diapositive Les 23 Unités de Cours de 2011 Sujet Numéro Nom Découvrir et Afficher les Informations Unité 1 The materials and processes universe (Les matériaux et l'univers des procédés) : familles, classes, membres, attributs Unité 2 Materials charts (Diagrammes de propriétés des matériaux) : cartographie de l'univers des matériaux Propriétés des Matériaux Unité 3 The Elements (Table des Eléments naturels ) : Origines des propriétés, tendances et interrelations Unité 4 Manipulating Properties (manipulation des propriétés) : Chimie, Microstructure, Architecture Unité 5 Designing New Materials (créer de nouveaux matériaux) : Combler les espaces vides des frontières des propriétés des matériaux. Séléction Unité 6 Translation, Screening, Documentation (Traduction, sélection et documentation) : Le premier pas d’une sélection optimisée. Unité 7 Ranking (hiérarchiser) : Affiner le choix Unité 8 Objectives in conflict (Objectifs en conflit) : Méthode de négociation et fonctions pénalisantes Unité 9 Material and shape (matériaux et formes) Unité 10 Selecting processes (sélection de procédés) : Mise en forme, assemblage et traitement de surface Unité 11 The economics (Le point de vue économique): modélisation économique pour permettre une séléction Développement Durable Unité 12 Eco Selection : L’outil “eco audit “ Unité 13 Advanced Eco design (conception écologique avancée) : sélection systémique des matériaux Unité 14 Low Carbon Power (énergies à basse empreinte carbone) : Emploi des matériaux et de l’intensité des ressources Sujets Spéciaux Unité 15 Architecture and the Built Environment (architecture et l’environnement construit) : matériaux de construction Unité 16 Structural sections (formes types des structures) : l’action des formes Unité 17 CES EduPack Bio Edition : Matériaux implantables naturels et fabriqués. Unité 18 Materials in Industrial design (les matériaux en conception industrielle) : Pourquoi les consommateurs achètent-ils des produits ? Enseignements et Recherches avancés Unité 19 Advanced Databases (Base de données avancées) : Niveau 3 Standard, Aérospatial et Polymères Unité 20 Hybrid Synthesizer (synthétiser des matériaux hybrides) : Modéliser des composites, des structures cellulaires et des panneaux sandwich. Unité 21 Database creation (création de bases de données) : Emploi de CES Constructor dans les recherches. Unité 22 Research (recherche) : CES Selector et Constructor Unité 23 Campus : aperçu général de cette base de données des polymères commerciaux

But : estimation du coût du procédé Estimation des coûts et de la valeur Introduction d’une sélection économique Le mode de calcul Ce qui définit les coûts : taille de série, assemblage Exercices Bibliographie “Materials: engineering, science, processing and design”, 2é edition, Chaptitre 18 “Materials Selection in Mechanical Design”, 4é edition, Chapitres13 et 14

Coût, prix et valeur Coût = le coût réel de fabrication d’une pièce ou d’un produit Prix = le prix de vente Valeur = la considération du consommateur pour le produit Ce qui est réellement nécessaire Cout < Prix < Valeur C < P < V Pour optimiser le bénéfice, P - C On cherche à minimiser C “Ça ne vaut pas ce prix” signifie P > V “C’est un prix convenable” signifie P < V Le coût de fabrication total dépend du coût matériau du coût procédé

Le problème du coût du matériau Evolution des prix des matières 2005 - 2007 Rapport 1.7 Pétrole $ par tonne Rapport 1.6 $ par tonne PEBD Le besoin : Estimer les coûts pour sélectionner des matériaux Rapport 3 $ par tonne Rapport 4 40000 30000 20000 10000 $ par tonne

Estimation du coût Quand différentes combinaisons matériau / procédé correspondent au cahier des charges, il est logique de considérer le coût de revient Estimation du coût pour les différentes combinaisons acceptées – Le coût total est accepté dans un intervalle à Estimation du coût pour l’optimisation économique – un coût global relatif est utilisable Paramètres généraux d’un procédé : Procédé Matériau Energie Equipement Durée Données Produit Chacun représente un coût

Données pour une estimation globale du coût Globale = qui correspond à tout procédé Données Symbole Unité Matériau(x) avec les consommables Cm $/kg Equipement coût équipement Cc $ coût outillage Ct $ Coût horaire (avec le coût du travail) $/hr Energie coût de l’énergie Ce $/hr Surface occupée, administration $/hr Données R & D $/hr rentes, licences Regroupé dans le

Le coût par pièce bonne Coût Matériau Cm par kg, et la pièce a une masse m en kg; f est le pourcentage de rebut (le pourcentage perdu) Le coût d’outillage Ct est ramené à la série qui comportent ‘n’ pièces à réaliser Le coût de l’équipement Cc est rapporté à la cadence par heure Le temps de non production est two . Le taux de charge de l’équipement est L. Le coût horaire brut intègre le travail, l’énergie, les données utilisées, l’administration … Il est ramené à la cadence pour avoir un cout brut par pièce Materiaux Outillage Série Cadence de production Equipement, Travail, Données, Energie...

Aspects du calcul du coût Alliage de moulage pour bielle Le coût de l’outillage domine Moulage sable Moulage BP Sous pression Le coût du matériau et du travail domine The equation on the last frame is simplified here by lumping the terms together to give the three shown here. This equation says: the cost has three essential contributions – a material cost per unit of production that is independent of batch size and rate, a dedicated cost per unit of production that varies as the reciprocal of the production volume (1/n), and a gross overhead per unit of production that varies as the reciprocal of the production rate ( ). The dedicated cost, the effective hourly rate of capital write-off and the production rate can all be defined by a representative range for each process; target batch size , the overhead rate , the load factor and the capital write-off time must defined by the user. The figure is a plot of cost, C , against batch size, n, comparing the cost of casting a small aluminum component by three alternative processes: sand casting, die casting and low pressure casting. At small batch sizes the unit cost is dominated by the “fixed” costs of tooling (the second term on the right of the equation). As the batch size n increases, the contribution of this to the unit cost falls (provided, of course, that the tooling has a life that is greater than n) until it flattens out at a value that is dominated by the “variable” costs of material, labour and other overheads. Competing processes differ in tooling cost Ct and equipment cost Cc and production rate . Sand casting equipment is cheap but slow. Die casting equipment costs much more but is also much faster. Mold costs for low pressure die casting are greater than for sand casting, those for high pressure die casting are higher still. The combination of all these factors for each process causes the Cs – n curves to cross, as shown in the figure. The cross-over means that the process that is cheapest depends on the batch size. This suggests the idea of an economic batch size – a range of batches for which each process is likely to be the most competitive. The equation on the earlier frames allows the cost of competing processes to be compared if data for the parameters of the model are known. If they are not, the economic batch size provides and alternative way of ranking. Permet d’identifier le procédé le plus économique Permet de voir l’importance du coût matériau Donne des alternatives matériau/procédé

Importance de la série sur le choix de procédé Taille de lot désirée

D’où viennent les différentes données à considérer? Les coûts matériau et procédé varient dans le temps et dépendent de la série à fabriquer CES rassemble le coût d’environ 3800 matériaux, mis à jour Les ressources internet peuvent fournir des prix Les fournisseurs le peuvent aussi : Comment les trouver ? Thomas Register of European Manufacturers, TREM Thomas Register of North American Manufacturers Kelly’s register

Calcul de coût dans CES Coût d’équipement Cc Coût de l’outillage Ct Cadence horaire Caratéristiques du procédé CES fournit des intervalles pour chacun de ces coûts Série n Masse d’une pièce m Temps de non production two Taux de charge L Coût horaire brut Caractéristiques spécifiques au produit, au site industriel Ces données sont fournies par l’utilisateur

Calcul de coût dans CES niveaux 2 et 3 Calcul coût Indice de coût relatif (par pièce) 5 - 6 Coût d’équipement 2000 - 5000 GBP % de bonnes pièces 0.7 - 0.75 Cadence (unités) 20 - 30 par hr. Coût d’outillage 300 - 450 euros Durée de vie outillage 5000 - 10000 unités fx Boite de dialogue Temps de non production two = …. Masse par pièce m = …. Taux de charge L = …. Coût Matériau Cm =… Coût horaire brut = …. Relative cost Batch size Graphe

Calcul de coût dans CES niveaux 2 et 3

Alors ? Pour optimiser le bénéfice : minimiser le coût (économie de la fabrication) et maximiser la valeur (performance technique et image du produit) Le coût peut être calculé à plusieurs niveaux – fonction de l’objectif Pour choisir un procédé, un calcul simple suffit Il faut alors comme données : le coût matériau, les durées, coût d’équipement, etc Un calcul plus précis peut être fait avec des données des divers fournisseurs

Sommaire des leçons disponibles Le diaporama de cette leçon est disponible sur le site web des Ressources d’enseignement C’est dans ce cadre que se trouvent les notes explicatives. Chaque diapo d’une leçon comporte des notes explicatives. Vous pouvez les consulter en ouvrant le diaporama en mode [“Normal”], ou en cliquant sur l’icône correspondante dans la barre d’outils inférieure. 15

Il y a plus de 200 ressources disponibles Incluant : Auteur Il y a plus de 200 ressources disponibles Incluant : 77 diaporamas des Exercices avec leur solution des séquences enregistrées sur le web. des Posters des Rapports d’analyse des Manuels de Solutions des études de cas interactifs Mike Ashby University of Cambridge, Granta Design Ltd. www.grantadesign.com www.eng.cam.ac.uk Reproduction Ces ressources sont soumises aux droits d'auteur de Mike Ashby. Vous pouvez reproduire ces ressources pour les utiliser avec des étudiants, pourvu que vous ayez acheté les droits d'accès aux ressources d'Enseignement de Granta Design. Assurez-vous, s'il vous plaît, que Mike Ashby et Granta Design sont cités sur toutes vos reproductions. Vous ne pouvez utiliser ces ressources pour des buts commerciaux. Précision / Pertinence Traduction Nous remercions encore Jean-Noël Chouard du Lycée Victor Bérard de Meroz pour avoir traduit cette ressource. Les personnes souhaitant entrer en contact avec M. Chouard au sujet de cette traduction peuvent le contacter à l’adresse suivante : microbox2@orange.fr Nous faisons tout pour que ces ressources soient d'une grande qualité. Si vous avez des suggestions pour des améliorations, contactez-nous s'il vous plaît par courrier électronique à : teachingresources@grantadesign.com Granta Design est toujours interessé par les retours d’information sur les bons résultats obtenus avec diverses ressources. Si vous employez avec succès des cours que vous pensez utiles à proposer sur notre site web, s’il vous plait, prenez contact par mail à l’adresse : teachingresources@grantadesign.com Nous continuons de coordonner un symposium annuel sur les matériaux. Vous pouvez consulter les documents correspondants à l’adresse : http://www.grantadesign.com/symposium/index.htm © M. F. Ashby, 2011 Le site Web "Ressources d'Enseignement" vise à aider l'enseignement des matériaux, et les cours correspondants en Conception, Ingénierie et Science. Les ressources sont fournies dans des formats divers et sont destinées principalement à la formation des étudiants. Ce cours fait partie d'un ensemble créé par Mike Ashby pour aider à présenter aux étudiants, les matériaux, les procédés et une sélection rationnelle. Le site Web contient aussi d'autres ressources apportées par plus de 800 universités et lycées du monde entier, employant CES EduPack de Granta Design. Ce site Web contient deux catégories de ressources, qui, soit exigent l'emploi de CES EduPack, soit ne l'exigent pas. www.grantadesign.com/education/resources