Aide aux choix de procédés de parachèvement des composites

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1 Ade aux chox de procédés de parachèvement des compostes Aude CAILLAUD, Matheu RITOU, Sébasten GARNIER, Benoît FURET IUT de NANTES Département Géne Mécanque et Productque Laboratore IRCCyN (Insttut de recherche en Communcaton et Cybernétque de Nantes) UMR CNRS 2 avenue du Professeur Jean Rouxel Carquefou Benot.Furet@unv-nantes.fr. Sectons de rattachement : 60 et 61 Secteur : Secondare RÉSUMÉ : Sute aux étapes de mse en forme d une pèce en matérau composte, le processus d élaboraton se termne souvent par une phase de fnton : c est ce que l on appelle le parachèvement, consttué prncpalement d opératons de détourage et de perçage. Les procédés de parachèvement dsponbles sont nombreux : usnage avec frases en carbure ou en PCD, avec meules et dsques damantés, découpe au et d eau... La dffculté résde dans le fat que de nombreux paramètres permettent de sélectonner le ou les procédés les plus adaptés à la réalsaton d une pèce : la nature du matérau, la géométre de la pèce ou encore les spécfcatons qu lu sont assocées. Une stratége a donc été mse en place pour attendre cet obectf. Elle se base notamment sur la réalsaton d une analyse locale de la pèce qu permet d assocer à chaque entté géométrque, le ou les procédés de parachèvement les plus adaptés à sa réalsaton. Deux méthodes ont été mses en concurrence : d une part, une méthode quanttatve se basant sur une modélsaton du problème, d autre part, une méthode qualtatve mettant en œuvre la mason de la qualté (House Of Qualty). Les résultats obtenus permettent d obtenr, entté par entté, un classement des procédés explotables sur des crtères obectfs. La poursute des travaux consstera à globalser l approche afn de défnr la gamme complète et optmale du parachèvement des pèces compostes. MOTS-CLÉS : usnage, parachèvement, matéraux compostes, ade à la décson, gamme automatque. 1 Introducton Les matéraux compostes sont de plus en plus utlsés dans les domanes du nautsme et de l aéronautque, et susctent auourd hu un ntérêt grandssant dans de nouveaux secteurs, notamment grâce aux moyens ms en place pour les rendre compéttfs vs-à-vs des matéraux tradtonnels. De la fbre à la pèce fne, de nombreux procédés permettent de mettre en forme les pèces réalsées à partr de ces matéraux. Cependant, une fos ms en forme, l est touours nécessare de réalser une opératon d usnage pour enlever le surplus de matère. Ans, l est possble d obtenr des surfaces fonctonnelles, une dmenson précse ou encore une forme voulue, dffclement réalsable vore rréalsable par les procédés de mse en forme des compostes. C est pourquo le processus d élaboraton des pèces se termne souvent par une phase de fnton, consttuée prncpalement d opératons de détourage et de perçage, vore dans certans cas, de préparaton avant penture : c est ce que l on appelle le parachèvement [1]. Les procédés dsponbles pour réalser ce parachèvement sont nombreux : usnage avec frases en carbure monobloc ou en PCD (Poly Crstalln Damond), usnage avec des meules ou des dsques damantés, découpe au et d eau... La dffculté résde dans le fat que de nombreux paramètres dovent être prs en compte afn de sélectonner le ou les procédés les plus adaptés à la réalsaton d une pèce : la nature du matérau (fbre, résne, séquence de drapage ), la géométre de la pèce (dmensons ) 1

2 ou encore les spécfcatons qu lu sont assocées (défauts max d écallage, état de surface ) [2]. Or, peu de personnes maîtrsent l ensemble des connassances pratques et technologques assocées aux dfférents procédés, nécessares pour effectuer un chox optmum qu ntègre la pèce dans sa globalté. La sélecton du ou des procédés de parachèvement est devenue un eneu technque et économque de plus en plus dffcle et rsqué. En outre, des chox erronés auront de graves conséquences sur l ntégrté et la qualté de la pèce, ans que sur la productvté et les coûts de réalsaton assocés. L obectf des travaux est donc de présenter une méthodologe permettant de mettre en concurrence les dfférents procédés de parachèvement envsageables, aux travers de crtères de chox. Ans, une stratége en tros ponts dont le but est d assocer à une pèce, le ou les procédés de parachèvement les plus adaptés à sa réalsaton, a été mse en place. Celle-c sera présentée pus développée à travers deux méthodes : d une part, une méthode quanttatve ; d autre part, une méthode qualtatve mettant en œuvre la mason de la qualté (HOQ : House Of Qualty). Cette présentaton s appuera sur des exemples ndustrels. Des perspectves à ces travaux seront ensute proposées. Mas, tout d abord, les dffcultés assocées à l usnage de matéraux compostes vont être présentées. 2 Introducton au parachèvement de matéraux compostes Auourd hu, l améloraton constante des caractérstques des compostes mplque la maîtrse des technques d usnage qu leur sont assocées []. De nombreux procédés de parachèvement ont été ms à l essa ces dernères années pour analyser leurs potentels et leurs performances face aux spécfctés des compostes [4]. Ils sont souvent classés en deux famlles [5] [6]. La premère catégore comprend les procédés dts «mécanques» ou «conventonnels». Ils consstent à enlever la matère sous forme de copeaux, plus précsément de poussères dans le cas des compostes, à l ade d un outl monté sur une broche en contact drect avec la pèce. Les frases en carbure ou en PCD, les dsques damantés et les meules damantées ntègrent cette catégore. Cependant, ces procédés, utlsés pour certans dans le cadre de l usnage de matéraux métallques, rencontrent ben des lmtes. Effectvement, les caractérstques des matéraux compostes sont très dfférentes de celles des métaux : ce sont des matéraux à fort pouvor abrasf, qu provoquent une usure prématurée des outls. De plus, leur hétérogénété provoque la créaton de nombreux défauts, tels que le délamnage, l écallage ou encore les pls non coupés francs (Fgure 1) [7]. Ces dverses lmtatons sont la cause de l émergence actuelle, dans le domane du composte, d une nouvelle catégore de procédés : les procédés d usnage «avancés», tels que la découpe au et d eau, au laser ou la découpe par ultrasons. Dans ce cas, les outls ne sont pas anmés d un mouvement de rotaton. Les efforts ms en eu pour réalser ces opératons de parachèvement sont beaucoup plus fables, les moyens ms en œuvre mons pussants et les déchets créés beaucoup mons nombreux. Fgure 1. Défauts d écallage (à gauche) et de délamnage (à drote). Parm les procédés avancés, la découpe au et d eau est celle qu est auourd hu la plus utlsée ndustrellement. Effectvement, la découpe au laser connaît des lmtatons technologques : la température nécessare à la vaporsaton des fbres nécesste des températures mportantes (de 900 C à plus de 000 C selon leur nature). La matrce, qu elle sot thermoplastque ou thermodurcssable, ne résste pas à cette température élevée et est par conséquent dégradée localement [8]. En ce qu concerne le procédé de découpe par ultrasons, celu-c est utlsé exclusvement pour les matéraux crus, m-cuts (c est-à-dre non polymérsés), vore cuts, avec des vtesses d avance et/ou des 2

3 épasseurs relatvement fables. Certans travaux de notre équpe de recherche portent ustement sur l améloraton des procédés de découpe, d usnage et de parachèvement spécfques aux compostes. Les dvers procédés présentés précédemment possèdent tous des caractérstques spécfques d explotaton. Dfférents paramètres vont nous permettre d effectuer un chox adapté à une applcaton donnée. Certans sont lés aux matéraux comme la nature des fbres (drecton et répartton, taux de fbre), la nature de la matrce ans que le procédé de mse en forme de la pèce. Mas les procédés de parachèvement ont auss une nfluence dans ce chox, notamment à travers leurs paramètres de réglage, leurs lmtatons (vtesse d avance et épasseur max des pèces ) et la qualté qu ls permettent d obtenr. Par exemple, les outls PCD permettent de réalser de melleurs états de surface dans les compostes en fbres de carbone que les meules damantées. Ou encore, la vtesse d avance assocée à la découpe d un composte en fbres de verre est deux fos plus mportante avec un dsque damanté qu avec un et d eau, ce qu permet d augmenter consdérablement la productvté. L ensemble de ces consdératons technques a donc été complé dans une base de données «procédés». Celle-c synthétse des nformatons relatves notamment aux condtons de coupe assocées aux dfférents procédés de parachèvement, ssues d expérences ndustrelles et de nos propres essas [9]. Cette base de données sera utlsée dans la sute de notre étude. Présentaton de la stratége adoptée.1 Obectfs de l étude Comme nous venons de le précser, les procédés de parachèvement explotables ndustrellement sont nombreux, ce qu rend leur sélecton dffcle. L obectf de nos travaux de recherche est donc de trouver le ou les procédés de parachèvement les plus adaptés à la réalsaton d une pèce, au vu des caractérstques recherchées..2 Données d entrée Afn d obtenr potentellement une soluton mult-procédés, l est nécessare de partr ntalement non pas de la pèce dans sa globalté, mas des enttés à parachever qu la composent (Fgure ). Ans, pour chacune d elles, un classement des procédés de parachèvement répondant au meux aux crtères d usnablté à optmser (temps, coût, qualté ) pourra être trouvé. L approche proposée est dédée à la détermnaton de procédés de parachèvement pour des pèces en matéraux compostes. Les opératons d usnage prses en compte sont donc essentellement des opératons de détourage et de perçage. C est pourquo seulement deux types d enttés d usnage [10] sont consdérés c : les contours et les perçages. Dans les deux cas, l est nécessare de recuellr les caractérstques qu défnssent ces enttés. Une lste de onze caractérstques a été retenue pour les contours et hut pour les perçages, de sorte qu elles soent dscrmnantes lors du chox du procédé le plus adapté (Tableau 1). Dans le cas de la découpe d un contour, une nouvelle entté d usnage est créée dès qu une caractérstque dffère localement. En effet, le chox du procédé de parachèvement est foncton de ces dfférentes caractérstques. S l une d elles est modfée, le procédé sélectonné sera potentellement dfférent. En ce qu concerne les opératons de perçage, chaque trou est consdéré comme une entté d usnage. Prenons quelques exemples. Dans le cas d un perçage, l est nécessare de savor s le trou à réalser est débouchant ou non. S l ne l est pas, certans procédés tels que la découpe au et d eau, au fl damanté ou au laser dovent être ms de côté. En ce qu concerne les contours, l est mportant de connaître la courbure et la concavté des surfaces à détourer. Ans, le procédé dsque damanté sera peut-être élmné. S la surface est concave et que le rayon de courbure mnmum est très fable (mons de mm envron), alors les meules damantées, outls PCD et carbure ne seront pas adaptés à sa découpe.

4 Entté contour Entté perçage Matérau Nature du matérau détouré Nature du matérau percé Géométre Longueur Epasseur Concavté Rayon de courbure Contour extéreur ou ntéreur Rayon Profondeur Trou débouchant ou non Topologe Qualté géométrque Pont de départ Pont d arrvée Présence d une surface en arrère-plan Tolérances dmensonnelles Rugosté Centre du perçage Présence d une surface en arrère-plan Tolérances dmensonnelles Rugosté Tableau 1. Caractérstques descrptves des enttés de parachèvement. L ensemble des enttés d usnage de la pèce, ans que les nformatons assocées à chacune d elles (tableau précédent dûment complété) consttuent les données d entrée de notre système. Elles sont extrates de la maquette numérque de la pèce. Dans notre cas, la collecte de ces données a été réalsée manuellement, mas elle pourra être automatsée à l avenr.. Stratége de résoluton La problématque peut être formalsée sous la forme du schéma suvant (Fgure 2). Afn de détermner le processus de parachèvement de la pèce (couple procédé-outl, ressource et condtons opératores assocées à chaque entté de fabrcaton), un outl d ade à la décson est proposé. Il repose sur une stratége en tros ponts : la réalsaton successve d une analyse locale, d une analyse topologque, pus d une analyse globale. Cette stratége permet d aboutr à un chox optmsé et potentellement mult-procédé. La premère étape consste à effectuer une analyse locale de la pèce. Il s agt d étuder chacune des enttés d usnage qu composent la pèce, ndépendamment les unes des autres afn de détermner quels procédés de parachèvement sont souhatables. Dfférentes données caractérsent ces enttés : la nature du matérau, la géométre de la pèce (dmensons, accessblté), la qualté (tolérances géométrques, spécfcatons dmensonnelles, rugosté) et la topologe (poston de l entté, appartenance à un contour ). En foncton de ces données, l obectf est de classer pour chaque entté, les procédés de parachèvement selon dfférents crtères (capablté, coût et temps de réalsaton) et d écarter les procédés ncompatbles. Pour cela, une base de données relatve aux procédés de parachèvement est utlsée (condtons de coupe, lmtes des procédés ). Afn de réalser cette étape, une méthode quanttatve et une méthode qualtatve ont été mses en place et testées en parallèle. BdD procédés de parachèvement Données relatves aux ressources Données relatves aux enttés d usnage de la pèce Réalser l'analyse locale Classements de procédés pour chaque entté Méthode quanttatve Méthode qualtatve Effectuer l'analyse topologque Nouvelles enttés d usnage Réalser l'analyse globale Méthode d optmsaton Processus de parachèvement de la pèce Fgure 2. Schématsaton de la stratége chose. 4

5 La seconde étape consste à réalser une analyse topologque. Celle-c a pour obectf de regrouper les enttés d usnage entre elles afn de smplfer le problème en dmnuant le nombre d enttés à trater. Dans le cas des enttés contours par exemple, s deux enttés sont adacentes et ont obtenues les mêmes classements de procédés lors de l analyse locale, alors elles sont regroupées pour ne former qu une seule et nouvelle entté d usnage [10]. Enfn, la dernère étape, qu ne sera pas tratée dans cette artcle, consstera à réalser une analyse globale de la pèce qu permettra de prendre en compte également l enchaînement de la réalsaton des enttés, avec notamment les changements d outls (ou de procédés) et les changements de posages. En effet, l analyse locale permet d avor une approche seulement partelle de la fabrcablté pusqu elle se stue à un nveau de décson lé unquement à l entté. Ce n est pas suffsant pour optmser le processus de parachèvement de l ensemble d une pèce composte. L analyse globale sera donc nécessare pour prendre en compte l enchaînement de la réalsaton des enttés, en ntégrant l ensemble des données relatves à la pèce, aux procédés, ans qu aux ressources (changements d outls et de posages, cadence machne ). Le tout sera basé sur une explotaton automatque et sem-automatque s ntégrant à la chane numérque CAO-FAO-GPAO-MAO..4 Lmtes de l étude Les travaux effectués se lmtent au parachèvement de pèces compostes à matrce organque. Les opératons d usnage prses en compte sont essentellement des opératons de détourage et de perçage. Les couples procédés-outls envsagés pour les réalser sont les suvants : P : Outl PCD C : Outl Carbure M : Meule damantée D : Dsque damanté J : Jet d eau L : Laser Par la sute, dfférents matéraux et procédés de parachèvement pourront être aoutés à notre étude..5 Présentaton des cas d étude Afn de vérfer la valdté de notre stratége, celle-c a été testée sur deux cas d études ndustrels (Fgure ) : - un plan vasque en matérau composte : fbres de verre et résne polyester nsaturé ; - une ponte avant d avon en matérau composte : fbres de carbone et résne époxy. Ce type de pèce est représentatf des applcatons de parachèvement de pèces en matéraux compostes. Elles ont été choses dans l optque de balayer un maxmum de stuatons, en termes de matéraux, formes (surfaces planes pour l une, plutôt courbes pour la seconde) et dmensons (170x550x950 mm pour l éver, 4000x4000x5800 mm pour la ponte avant d avon). Fgure. Les dfférentes enttés géométrques des pèces tests 5

6 4 Méthode d analyse locale A partr des données d entrée du problème, la premère étape consste à réalser l analyse locale. L obectf est de classer pour chaque entté, les procédés de parachèvement selon dfférents crtères d usnablté, et d écarter les procédés ncompatbles. Deux méthodes d analyses locales ont été menées en parallèle afn de comparer les résultats obtenus. 4.1 Méthode quanttatve La méthode quanttatve proposée se base sur deux fonctons qu permettent d obtenr, pour chaque entté de la pèce réalsée par le procédé, un ndce de temps T et un ndce de coût de fabrcaton C. Pour cela, en foncton des caractérstques de chaque entté, des condtons opératores sont détermnées, et ce pour chaque procédé de parachèvement envsagé. Ces condtons permettent de calculer les deux ndces de temps et de coût, qu qualfent les procédés pour chaque entté. De nombreux auteurs utlsent ce type de méthode pour évaluer les temps et les coûts de fabrcaton d une pèce. Les fonctons mses en place attegnent des nveaux de complexté dfférents en foncton des paramètres prs en compte. Certans ntègrent seulement le temps et le coût de fabrcaton (occupaton machne) [11] [12], d autres y aoutent le coût des outls, de la matère premère utlsé et des fras fxes [1]. Pour fnr, certans modèles, travallant à partr d enttés de fabrcaton, ntègrent les coûts de manutenton et de préparaton des outls de producton entre la réalsaton de deux enttés [14] Crtère de temps : T L obectf étant de départager les dfférents procédés de parachèvement entre eux, les temps d approche et de dégagement de l outl, pratquement smlares quelque sot le procédé de parachèvement utlsé, sont c néglgés. Les temps de chargement et de déchargement de l outl sont également ms de côté au nveau de l analyse locale pusqu on ne sat pas quel sera l enchaînement des enttés dans la gamme de fabrcaton fnale. Seul le temps de fabrcaton T est donc prs en compte. Afn de le calculer, deux catégores de procédés ont été envsagées (Tableau 2): ceux permettant de réalser l entté en une seule passe comme le et d eau, et ceux nécesstant éventuellement pluseurs passes, comme les outls PCD En ce qu concerne la réalsaton des perçages, deux stratéges sont adoptées : s le damètre est nféreur à 25 mm, un perçage au foret sera effectué ; s l est supéreur, une stratége de perçage hélcoïdal sera utlsée (le calcul est alors smlare à un contournage). CONTOURNAGE PERCAGE Ø < 25mm Ø > 25mm TEMPS DE FABRICATION COUT DE FABRICATION En pluseurs passes : outls PCD, carbures, meules et dsques damantés L ap T = arrond sup ( ) L CO ap Vf e C = T C + arrond sup ( ) d H L e r En une seule passe : et d eau, laser T T L = C = T CH Vfd Outls PCD, carbures, meules et dsques damantés p = Vf p = T Idem contournage avec L = π. d Jet d eau, laser C C H p + O r C L Idem contournage avec L = π. d Tableau 2. Calculs des ndces de temps de fabrcaton T et de coût de fabrcaton C assocés à l entté réalsée par le procédé. 6

7 Avec : L e p d Vf d Vf p ap L r C H C O longueur de l entté épasseur de l entté à découper profondeur du perçage damètre du perçage vtesse d avance du procédé en découpe vtesse d avance du procédé en perçage profondeur de passe maxmum réalsable avec le procédé longueur réalsable avec l outl assocé au procédé avant usure coût horare de la machne (coût machne, coût man d œuvre ) coût outl assocé au procédé Crtère de coût : C Le crtère de coût C proposé ntègre deux composantes : le coût de l outl ans que le coût horare de la machne, qu nclut le coût de la man d œuvre et le coût d nvestssement de la machne. Le coût horare est assocé non seulement au procédé de parachèvement, mas également au nombre d axes nécessares pour réalser la pèce (coût horare d une machne axes nféreur à celu d une machne 5 axes). Dans le cas de la découpe et d eau ou laser, les coûts assocés à l usure de l outl sont consdérés comme nexstants. Le coût de la buse est donc ntégré dans le coût horare. La méthode quanttatve est relatvement smple à mettre en place. Le traval le plus laboreux est de consttuer la base de données sur les condtons de coupe assocées aux dfférents matéraux compostes. Dans notre étude, elle a été mse en place à partr d essas et de données ssues de la lttérature et de données expérmentales ssues de partenarats ndustrels. Son prncpal avantage est d être faclement explotable et compréhensble par les dvers utlsateurs pusque les ndces obtenus (temps et coût de fabrcaton) sont contnuellement utlsés dans les entreprses. 4.2 Méthode quanttatve : House Of Qualty En 1972, la méthode «Qualty Functon Deployment» (QFD) a été développée par Akao afn d amélorer le processus de développement d un nouveau produt, à travers la satsfacton des clents. Parm les nombreux outls appartenant à cette méthode, le plus connu est celu de la mason de la qualté (HOQ : House Of Qualty), se représentant sous la forme d une matrce (Fgure 4). Au sen d une équpe plurdscplnare, la mse en place de cet outl consste à établr et évaluer les relatons entre le beson des clents et les caractérstques du produt. Ans, l écart entre le servce souhaté et le servce rendu peut être mesuré, ce qu permet de mettre en place des actons correctves [15]. Corrélaton entre les crtères technques Crtère technque 1 Besons clents Crtère technque 2 Crtère technque Crtère technque Matrce des nteractons Perceptons de l entreprse Cble Informatons relatves aux clents Valeur obtenue Perceptons clents Fgure 4. Mason de la qualté ntale. 7

8 Tout comme Lowe [16] et Shankar [17], cet outl d ade à la décson a été adapté afn de classer les dfférents procédés de parachèvement entre eux, et ce pour chaque entté. Pour cela, dfférentes smplfcatons ont été effectuées au nveau de la forme globale de la HOQ (Tableau ). Les besons clents correspondent c aux caractérstques de la pèce à réalser et les caractérstques technques aux crtères de sélecton des procédés. La matrce des nteractons reste elle présente de même que le calcul du résultat fnal Utlsaton de l outl HOQ : pont de vue de l utlsateur La méthode HOQ est relatvement transparente pour l utlsateur. Effectvement, une fos les données relatves aux enttés rensegnées, une HOQ est mse en place pour chacune des enttés assocées à chacun des procédés de parachèvement (Tableau ). L utlsateur remplt la colonne correspondant aux caractérstques de l entté, et la note assocée est automatquement calculée. Entté 20 - Outl carbure COMMENT : crtères de chox des procédés Capablté Coût Rapdté QUOI : caractérstques entté Matérau Longueur Epasseur carbone/epoxy , / concave Rayon mnmum Concave-Convexe Contour ext / nt extéreur 1/ Surf. arrère plan non 1/ Tolérances dm. 1,6 1,5 Rugosté 10 1, COMMENT/QUOI : Matrce des nteractons 2 19 COMBIEN : Note par crtère 75 Résultat Tableau. Mason de la qualté assocée à l entté 20 de la ponte d avon réalsée par outl carbure Afn d aboutr à ce résultat, deux éléments ont été construts : un outl d évaluaton pour formalser clarement le problème, ans qu une base de données. Celle-c permet de synthétser les nformatons ssues d expérences ndustrelles, relatves notamment aux condtons de coupe assocées aux dfférents procédés de parachèvement. La démarche permettant d aboutr à ce résultat va mantenant être présentée Constructon de l outl d évaluaton : pont de vue de l expert a) Caractérstques enttés et coeffcents assocés Les caractérstques enttés mses en place dans l étude sont au nombre de neuf pour les contours et sx pour les perçages (Tableau 4). Elles consttuent des crtères de chox pour sélectonner un procédé de parachèvement ou le dscrmner. Afn d évter toute redondance dans l analyse, elles ont été choses pertnemment par une équpe d experts afn d assurer qu elles ne se corrèlent pas. Les contours Coef. Les perçages Coef. Matérau / Matérau Matérau Géométre / Longueur 1 Profondeur 1 Epasseur 1 Damètre 1 Rayon mnmum 1/ Débouchant et pas de surface en 1 Concave-convexe-plan Contour extéreur / ntéreur 1/ arrère plan Surface en arrère plan ou non 1/ Qualté / Tolérances dmensonnelles /2 Tolérances dmensonnelles /2 Rugosté /2 Rugosté /2 Tableau 4. Coeffcents assocés aux caractérstques enttés. 8

9 Elles sont regroupées en tros classes dstnctes : matérau, géométre et qualté. Des coeffcents de pondératon sont affectés à chacune des caractérstques, au sen même de ces catégores, afn d équlbrer l mportance de chacune d elles (Tableau 4). b) Crtères procédés et coeffcents assocés Les crtères procédés permettent de vérfer s les procédés sont en mesure de répondre aux exgences des caractérstques de l entté consdérée. Tros crtères ont été ms en place dans l étude : la capablté, le coût et la rapdté d exécuton (smlare au trptyque Qualté-Coût-Déla). Le chox restrctf de ces crtères a été effectué de sorte à élmner les éventuelles corrélatons entre les dfférents crtères. Des coeffcents de pondératon, attrbués par l utlsateur, permettent de mettre en avant l obectf prncpal de la recherche ; par exemple, s l souhate trouver une soluton qu permet de réalser la pèce en un mnmum de temps, l affectera un coeffcent plus mportant à ce crtère. c) Matrce des nteractons La matrce des nteractons établt la relaton entre les caractérstques de l entté et les crtères d évaluaton des procédés. Elle se remplt avec des symboles ou des valeurs qu permettent d ndquer à quel degré chaque crtère contrbue à la satsfacton de chaque caractérstque. Dans notre étude, des chffres sont utlsés pour smplfer l analyse des résultats (Tableau 5). Un «0» sgnfe que le procédé n est pas capable de réalser l entté consdérée ce qu mplque son élmnaton mmédate. Echelle de valeurs Sgnfcaton 0 élmnaton du procédé 1 peu adapté moyennement adapté 5 très adapté Tableau 5. Echelle de notaton. Les éléments concernant la méthode de remplssage de cette matrce seront vus dans la parte suvante. Précsons tout de même que la base de données qu permet ce remplssage est étable une fos pour toute par des experts. Le remplssage de la matrce est ensute automatque. Tout cela est donc transparent pour l utlsateur Constructon et remplssage de la base de données L ensemble de la matrce des nteractons se remplt à partr d une base de données. C est la clé de voûte de la méthode. Elle synthétse des nformatons ssues de l expérence ndustrelle, relatves notamment aux condtons opératores assocées aux dfférents procédés de parachèvement. Deux bases de données dfférentes ont été créées : une pour les enttés à détourer et une pour les perçages. La premère étape consste à créer dfférents nveaux pour chaque caractérstque entté (Tableau 6). Ces nveaux correspondent à des plages de valeurs, sauf pour les données bnares, ce qu assure l uncté d appartenance à un nveau. Matérau Longueur (mm) Epasseur (mm) Tolérances dm. (mm) Rugosté (um) Contour nt. / ext. Surf. arrère-plan Nveau 1 Nveau 2 verre/époxy L < 100 verre/polyester 100 < L < 500 E < 5 5 < E < 15 IT < 0,1 0,1 < IT < 0,5 Ra < 5 5 < Ra < 12 Contour extéreur Ou Contour ntéreur Non Nveau carbone/époxy 500 < L 15 < E 0,5 < IT 12 < Ra Tableau 6. Nveaux des caractérstques pour les enttés à détourer. 9

10 La seconde étape consste à remplr la base de données. Toutes les confguratons entre les caractérstques enttés et les crtères procédés dovent être rensegnées. Pour chacun de ces couples, une note dot être attrbuée. Plus le procédé est adapté à la réalsaton de la caractérstque de l entté, plus la note est mportante (Tableau 5). Tout le système de notaton se base sur des valeurs relatves : les procédés sont évalués les uns par rapport aux autres. Un tableau smlare au tableau 7 dot être rensegné par les experts pour chaque caractérstque entté. L exemple présenté (parte grsée) ndque que l outl carbure C est peu adapté à la réalsaton d une entté de plus de 500 mm de longueur (note de 1 ), contrarement au dsque qu lu serat un chox optmsé selon ce même crtère (note de 5 ). LONGUEUR CAPABILITE Crtères procédés COUT RAPIDITE D'EXECUTION Procédés P C J M D L P C J M D L P C J M D L L < < L < < L Tableau 7. Extrat de la base de données concernant la caractérstque longueur. Le remplssage de ces dfférentes cases a été effectué par un groupe de traval, à travers des recherches personnelles sur les procédés de parachèvement, mas également lors de dscussons. Il nécesste une méthode de réflexon rgoureuse Remplssage de la matrce des nteractons Une fos la base de données complétée par les experts, l utlsateur dot seulement extrare les caractérstques des dfférentes enttés de la pèce, pus automatquement les HOQ sont générées pour chacune des enttés. Prenons l exemple de la HOQ assocée à l entté 20 de la ponte avant d avon réalsée par un outl carbure (Tableau et Fgure ). La longueur de cette entté est supéreure à 500 mm ; la note de «1» est donc attrbuée à l nteracton entre «longueur» et «rapdté d exécuton», s l on se réfère à la base de données correspondante (Tableau 7). Une fos la matrce remple, le calcul de la note fnale se fat automatquement. Pour cela, les valeurs présentes dans la matrce des ntéractons sont pondérées par les dfférents coeffcents (caractérstques enttés et crtères procédés) avant d être sommées pour donner le résultat fnal. Celuc permet de quantfer la capacté du procédé à réalser une entté. Plus la note est mportante, et plus le procédé est adapté à sa réalsaton. 4. Valdaton des méthodes qualtatves et quanttatves Les deux méthodes d analyses locales ont été testées sur deux cas d études ndustrels : l éver et la ponte avant d avon. Les résultats obtenus permettent d assocer un procédé de parachèvement à chaque entté géométrque. Le tableau 8 présente les résultats obtenus pour l entté n 20 de la ponte avant d avon. L outl le plus apte à la réalser est donc la meule damantée. En effet, la note obtenue avec la méthode HOQ est la plus forte, et les ndces de temps et de coût de fabrcaton obtenus avec la méthode de modélsaton sont les plus fables. La méthode HOQ, contrarement à la méthode de modélsaton, permet d élmner les procédés qu ne sont pas capables de réalser l entté. C est le cas, pour l exemple présenté, du dsque qu ne peut réalser une surface concave ; ans que du laser qu ne peut usner un matérau carbone-époxy d une épasseur de 2,2 mm. Une fos ces procédés ms de côté, on peut constater que, quelle que sot la méthode utlsée, les classements obtenus en foncton des temps et des coûts de fabrcaton sont dentques, excepton fate d un cas. En effet, avec la méthode quanttatve, le procédé PCD est plus performant que le procédé meule selon le crtère de temps, alors que la méthode HOQ les uge 10

11 équvalent. On notera tout de même une fable dfférence entre les deux valeurs obtenues par la méthode quanttatve, compte tenu de l étendue des valeurs obtenues par les autres procédés. On consdèrera l écart comme non sgnfcatf. Entté 20 Procédé de fabrcaton Méthode d analyse locale Carbure PCD Meule Dsque Laser Jet d eau Modélsaton Temps producton (en sec) 74,9 8,6 9, , Coût producton (en ) 19,9 216, 1 0,7 1,1 1,07 HOQ Rapdté d'exécuton 19,7, Coût , ,7 Capablté 41, Capa + Coût + Rapdté 75 97,7 99, ,7 Tableau 8. Résultats obtenus sute à l analyse locale de l entté 20 de la ponte avant d avon Cette étude a été effectuée sur l ensemble des enttés des deux pèces tests, sot onze enttés pour le lavabo et quatre-vngt quatorze pour la ponte avant d avon (Fgure 5). Les résultats montrent une adéquaton entre les deux méthodes sur l ensemble des enttés tratées, et ce, quelle que sot leur nature : contour ou perçage, matérau à base de fbres de verre ou de fbres de carbone Cec permet donc de valder la pertnence des éléments ms en place pour la sélecton de procédés, même s le crtère capablté ne peut pas être comparé. Légende : Dsque damanté Meule damantée Outl PCD Fgure 8. Résultat obtenu sute à l analyse locale de la ponte avant d avon Une observaton mportante peut être effectuée sur la fgure 6. Les résultats de l analyse topologque, la seconde étape de la méthode, sont mmédats une fos l analyse locale réalsée. Dans le cas étudés, les enttés géométrques contours, ntalement au nombre de soxante-dx seront rassemblées en dx-sept enttés de fabrcaton pour la sute de l étude (tros groupes dsque, sept groupes meules et sept groupes PCD ). 5 Concluson et perspectves Les travaux effectués ont pour obectf de proposer une méthode d ade à la décson permettant de chosr le ou les procédés de parachèvement les plus adaptés à la réalsaton de pèces en matéraux compostes. Pour répondre à cet obectf, une stratége en tros étapes a été mse en place. Tout d abord, l analyse locale a été réalsée sur chaque entté. Deux méthodes ont alors été testées : une méthode quanttatve (basée sur l utlsaton de fonctons) et une méthode qualtatve (HOQ). Leur obectf est de classer l ensemble des dfférents procédés de parachèvement entre eux, selon dfférents crtères. Ces deux méthodes se basent sur une base de données procédés, mse en place par des experts, et basée sur leurs expérences ndustrelles. Elles montrent une adéquaton des résultats obtenus ce qu permet de valder la pertnence des éléments ms en place. Un ntérêt partculer est à soulgner pour l approche mse en place avec la méthode HOQ : elle permet une ntégraton plus facle des règles méters. Ans, les procédés ncompatbles sont écartés et la ou les causes d une mauvase 11

12 note (ou de son élmnaton) peuvent être dentfées. De plus, le résultat obtenu est homogène, contrarement à la méthode de modélsaton avec laquelle on obtent deux ndces dépendants (le calcul du coût prend en compte le temps de fabrcaton) qu s exprment de surcroît dans des untés dfférentes. Pour fnr, la smplcté d utlsaton des deux méthodes d analyses locales est à soulgner : l utlsateur n a pas beson de connassances spécfques pour la mettre en œuvre. De plus, une grande flexblté est offerte : la base de données est faclement modfable en cas d évoluton des procédés de parachèvement ; de nouveaux procédés peuvent également être aoutés s de nouvelles technologes de détourage ou de perçage sont mses au pont. Une fos l analyse locale réalsée, l analyse topologque est mse en œuvre. Son obectf est de regrouper les enttés d usnage entre elles afn de smplfer le problème en dmnuant le nombre d enttés à trater. Le problème d optmsaton globale du processus de parachèvement de la pèce est ans smplfé. Il sera ms en place prochanement dans la trosème étape de notre stratége : l analyse globale. Cette dernère prendra en compte l enchaînement de la réalsaton des enttés, en ntégrant l ensemble des données relatves à la pèce, ans que les changements d outls et de posages. Ans, l optmsaton du parachèvement sera effectuée en consdérant la pèce dans sa globalté. Références [1] B. FURET, B. JOLIVEL, D. LE BORGNE, Mllng and drllng of composte materals for the aeronautcs: feature aeronautcs, JEC Composte, N 18, [2] A. DESSARTHE, Usnage des compostes, Technques de l ngéneur, AM5215, Octobre [] R. TETI, Machnng of composte materals, Annals of the CIRP, Vol. 51 n 2, [4] B. FURET, Les dernères avancées en détourage des pèces compostes, Cetm, Senls, [5] S. CHAYOUKHI, Z. BOUAZIZ, A. ZGHAL, Cost estmaton of onts preparaton for GMAW weldng process usng feature model, Journal of Materals Processng Technology, Vol. 199, p , [6] M.A. AZMIR, K. AHASAN, Investgaton on glass/epoxy composte surfaces machned by abrasve water et machnng, Journal of Materals Processng Technology, [7] J. RAMKUMAR, S.K. MALHOTRA, R. KRISHNAMURTHY, Effect of workpece vbraton on drllng of GFRP lamnates, Journal of Materals Processng Technology, Vol. 152, p. 29 2, [8] S. MAZUMDAR, Compostes Manufacturng: Materals, Product, and Process Engneerng, CRC Press, [9] PROGRAMME UGV ALU-COMPOSITE, [10] P. BOURDET, Introducton générale à la concepton automatque de gammes d usnage, La gamme automatque en usnage, Groupe GAMA, Edtons Hermes, [11] F. GILLOT, Méthodologe de concepton et de fabrcaton d'outllages prototypes hybrdes, Thèse, [12] P. MAROPOULOS, R. BAKER, K. PARAMOR, Integraton of tool selecton wth desgn - Part 2: Aggregate machnng tme estmaton, Journal of Materals Processng Technology, Vol. 107, p , Novembre [1] A. ESAWI, M. ASHBY, Cost based rankng for manufacturng process, Proceedngs of the Second Internatonal Conference on Integrated Desgn and Manufacturng n Mechancal Engneerng (IDMME98), Compegne, Vol. 4, p , Ma [14] F. H MIDAA, P. MARTIN, F. VERNADAT, Cost estmaton n mechancal producton: The Cost Entty approach appled to ntegrated product engneerng, Int. J. Producton Economcs, Vol. 10, p. 17-5, Août [15] Y. AKAO, Qualty Functon Deployment, Productvty Press, Cambrdge, MA, [16] A. LOWE, K. RIDGWAY, H. ATKINSON, QFD n new producton technology evaluaton, Internatonal Journal Producton Economcs, Vol. 67, pp , [17] C. SHANKAR, D. SAMMILAN, QFD-based expert system for non-tradtonal machnng processes selecton, Expert Systems wth Applcatons, Vol. 2, pp ,