Achraf SKANDER, Lionel ROUCOULES Analyse du choix des procédés et de l'intégration des contraintes de fabrication dans le processus de conception de produit mécanique Achraf SKANDER, Lionel ROUCOULES Université de Technologie de TROYES Laboratoire des Systèmes Mécaniques et d'Ingénierie Simultanée E-mail : achraf.skander@utt.fr 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Sommaire Contexte et limites Les objectifs Méthode et modèle Choix des procédés et conception pour la fabrication (DFM) Les objectifs Choix des procédés et intégration des contraintes de fabrication en conception (analyse et synthèse en conception) Méthode et modèle Choix des procédés, synthèse des contraintes et gestion des connaissances Conclusions et perspectives 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Sommaire Contexte et limites Les objectifs Méthode et modèle Choix des procédés et conception pour la fabrication (DFM) Les objectifs Choix des procédés et intégration des contraintes de fabrication en conception (analyse et synthèse en conception) Méthode et modèle Choix des procédés, synthèse des contraintes et gestion des connaissances Conclusions et perspectives 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Par rapport à la conception Ingénierie simultanée Les activités se font simultanément. Nous citons en particulier : La définition des concepts. Le choix des procédés. … Conception intégrée Nous tenons compte des connaissances relatives au cycle de vie produit pendant le processus de définition du produit. Conceptual design Embodiment design Detailed design Acteurs métier Recyclage Assemblage Définition du produit Fabrication Autre 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Par rapport à la communauté scientifique Choix des matériaux et des procédés de fabrication [Ashby] : le choix des procédés ne se fait qu’avec une définition complète de la géométrie du produit (travail en aval de la définition du produit). Corrélation Procédé–Matériau–Géométrie. DFX (conception pour X (fabrication, assemblage, etc.)) [Boothroyd] : présente une méthode de choix des procédés (analyse) mais pas une méthode d’intégration (synthèse) des contraintes. 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Les limites Méthode et modèle Logiciel L’innovation Comment gérer les données produit en se basant sur le processus de choix des procédés de fabrication ? Logiciel Comment les logiciels CAO supporteront les spécifications de fabrication ? L’innovation Comment gérer les nouveaux produits qui ne présentent pas d’expérience de fabrication ? Comment gérer les nouveaux processus en l’absence d’expérience préalable ? 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Sommaire Contexte et limites Les objectifs Méthode et modèle Choix des procédés et conception pour la fabrication (DFM) Les objectifs Choix des procédés et intégration des contraintes de fabrication en conception (analyse et synthèse en conception) Méthode et modèle Choix des procédés, synthèse des contraintes et gestion des connaissances Conclusions et perspectives 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Les objectifs : Analyse et synthèse (DFM) Intégrer (synthèse) les contraintes de fabrication dans le processus de définition du produit. Modélisation du produit (CAO et peau & squelette) pour supporter les données de fabrication. Sélectionner progressivement les procédés de fabrication. Gestion des informations des procédés et des peaux et squelettes. Déterminer des solutions alternatives, innovantes de conception en se basant sur la liste des procédés admissibles. Conception (CAO modèle) Choix des procédés (liste de procédés) Fabrication (CAM modèle) 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Sommaire Contexte et limites Les objectifs Méthode et modèle Choix des procédés et conception pour la fabrication (DFM) Les objectifs Choix des procédés et intégration des contraintes de fabrication en conception (analyse et synthèse en conception) Méthode et modèle Choix des procédés, synthèse des contraintes et gestion des connaissances Conclusions et perspectives 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Méthode : Démarche globale Choisir la liste des procédés de fabrication admissibles, le plus tôt possible pendant la définition du produit. Créer le sous modèle produit pour l’intégration : émergence d’un produit qui tient compte des contraintes de fabrication et justification de choix de ces contraintes. Fournir la bonne information au bon moment (gestion des connaissances). Exigence de la conception Exigence de la fabrication Sélectionner les procédés de fabrication Définition des contraintes de fabrication Processus de conception du produit Modèle produit Analyse Synthèse (intégration) Informations de la fabrication 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Méthode : Modélisation IDEF (Integrated DEFinition) 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Modèle Peau-squelette Exigence de la conception Exigence de la fabrication Sélectionner les procédés de fabrication Définition des contraintes de fabrication Processus de conception du produit Modèle produit Analyse Synthèse (intégration) Informations de la fabrication Modèle Peau-squelette 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Modèle: Les définitions Peau : surface fonctionnelle d’un produit Peau d’usage : surface à travers laquelle circule un courant généralisé. Peau de fabrication : surface générée par la fabrication. Squelette : conduction de flux Squelette d’usage : trajectoire de flux d’énergie (mécanique, électrique, etc.). Squelette de fabrication : trajectoire de flux de matière Peau d’usage Squelette d’usage Le produit = ∑ (peaux + squelettes) + (…) Peau de fabrication Squelette de fabrication 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Modèle: Gestion des connaissances de conception et de fabrication Peau est définie par : Entités forme (cylindre, plan, etc.) Qualité de surface (Tolérance, rugosité) Squelette est défini par : Section (constante ou variable et peut avoir différentes formes (circulaire, carrée, etc.)) Fibre neutre (segment, courbe, plaque, etc.) Ø ±0,7 Peau Peau + Squelette section Fibre neutre 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Modèle : Modélisation UML (Unified modeling language) Peau Squelette +est composé de 1 1..* FibreNeutre Section FibreNeutreSegment FibreNeutreCourbe FibreNeutrePlaque {incomplet} FormeSection +est définiepar VariationSection VariationNulle VariationCroissante VariationDécroissante +est définie par noeud InformationLien +lien SqueletteD'usage SqueletteDeFabrication PeauD'usage FormePeau QualitéDeSurfacePeau ModèleProduit SousModèleProduit ModèleCommunConceptionFabrication Squelette du mètier X Peau du * PeauDeFabrication +habillage PortionDeSquelette Classe d'association qui définie l'habillage de la fibre neutre qui est l'ensemble des sections d'une portion de squelette Nous avons identifié cette classe pour mettre en évidence la variation du couple {FibreNeutre; Section} qui à un type de fibre neutre associe un ensemble de section. En effet un squelette comporte au moins une fibre neutre et obligatoirement plusieurs sections. Alésage Arbre Simple Plan SphèreArbre section + Section U SectionRonde 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Modèle : Relation de gestion du modèle La relation qui lie les différentes peaux et squelettes : Pièce souhaitée = Σ (habillages Su+ Pu) U (est inclue dans) Pièce fabriquée = Σ(habillages Sf) = Σ Pf Avec : Pf = Peau de fabrication Su = Squelette d’usage Pu = Peau d’usage Sf = Squelette de fabrication 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Exemple : Aimant Modèle fonctionno-structurel Flux d'énergie magnétique N S Modèle fonctionno-structurel Peau d’usage : section plane et carrée. Squelette d’usage : fibre neutre en U et section carrée. N S 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Exemple : Aimant Pour la fabrication : si nous choisissons le procédé de frittage de poudre nous pouvons avoir deux solutions : Sf Sol 1 : section en U constante et squelette rectiligne normal à la peau. Sf Sol 2 : sections variable et rectangles et squelette rectiligne normal à ces peaux. U N S 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Gestion des connaissances de fabrication Nous avons classé les données de fabrication de sorte qu’elles puissent être liées au modèle peau-squelette Procédés de fabrication Contraintes associées à la section Contraintes associées à la variation de la section 1. Procédés primaires Procédés de Fonderie Tous les types de section. Mais l’épaisseur des sections de la même pièce doit être uniforme  (les sections adjacentes ne varient pas de plus d’un facteur 2). La géométrie doit permettre un écoulement facile de la matière lors de la réalisation ; Eviter les géométries limitées en retrait ; Procédés de moulage On peut mouler des sections élaborées. Procédés par déformation Eviter les changements brusques d’épaisseurs Eviter les rayons de courbure aigus Métallurgie de poudres La longueur de la pièce ne doit pas dépasser 2,5 fois son diamètre (c’est une relation section-flux de matière). La longueur de la pièce ne doit pas dépasser 2,5 fois son diamètre ; La forme doit être simple et facile à extraire de la matrice ; Méthodes spéciales Petites sections Convient pour petites pièces 2. Procédés secondaires Usinage Il faut que les procédés qui précèdent l’usinage garantissent : Une forme qui facilite la saisie de pièce pour l’usinage ; Une forte symétrie pour diminuer le nombre d’opérations ; Exigence de la conception Exigence de la fabrication Sélectionner les procédés de fabrication Définition des contraintes de fabrication Processus de conception du produit Modèle produit Analyse Synthèse (intégration) Informations de la fabrication Modèle Peau-squelette 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Synthèse de la méthode et modèle Nous avons quatre étapes : Etape 1 : représenter les solutions technologiques en peaux et squelettes Etape 2 : choisir la liste des procédés de fabrication admissibles. Etape 3 : à partir de cette liste, déterminer les contraintes spécifiques au produit. Etape 4 : intégrer ces contraintes dans le modèle produit. Exigence de la conception Exigence de la fabrication Sélectionner les procédés de fabrication Définition des contraintes de fabrication Processus de conception du produit Modèle produit Analyse Synthèse (intégration) Informations de la fabrication Modèle Peau-squelette Le produit = ∑ (peaux + squelettes) Liste des alternatives des procédés de fabrication et du produit. 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Sommaire Contexte et limites Les objectifs Méthode et modèle Choix des procédés et conception pour la fabrication (DFM) Les objectifs Choix des procédés et intégration des contraintes de fabrication en conception (analyse et synthèse en conception) Méthode et modèle Choix des procédés, synthèse des contraintes et gestion des connaissances Conclusions et perspectives 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Conclusions Modèle générique d’analyse de DFM utilisant les entités peaux et squelettes (sous-modèle produit). Justification des données produit à partir de la gestion des connaissances de fabrication en favorisant l’échange avec le sous modèle produit. Une méthodologie de choix des procédés et intégration des contraintes ouvrant l’horizon à des solutions innovantes grâce à l’émergence des alternatives de fabrication. 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Perspectives Capitalisation des connaissances conception/fabrication et création de bases de données. Développement d’un module informatique d’aide à la conception : Modèle Peau-squelette. Gestion des connaissances de fabrication. Inclure dans la méthodologie d’autre spécifications : Les données concernant les matériaux. Les données concernant le coût de production. Les données concernant les machines disponibles. Elargir la méthodologie à d’autres métiers : Recyclage, assemblage, etc. 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003

Questions 16émé Congrès Français de Mécanique Nice, 1-5 septembre 2003