Fiche de révision : Technologies de fabrication

📋 Plan du Cours

1. Fabrication industrielle et exigences
2. Conception et ingénierie simultanée
3. Sélection et propriétés des matériaux
4. Exemple des battes de base-ball
5. Sélection des procédés de fabrication
6. Assemblage et conception facilitée
7. Qualité et automatisation
8. Économie et environnement
9. Organisation de la fabrication

📖 1. Fabrication industrielle et exigences

🔑 Notions clés & Définitions

• Fabrication : Procédé de conversion des matières premières en produits, qui inclut la conception des produits.
• Productivité : Utilisation optimale des matériaux, des machines, de l’énergie, du capital, du travail et de la technologie; la productivité par employé et par heure doit être maximisée.

★ À maîtriser

📌 La fabrication discrète produit des pièces individualisées, comme des clous ou des engrenages, tandis que la fabrication continue produit notamment des fils, des tôles et des tubes en rouleaux.

📌 La fabrication doit satisfaire le cahier des charges, minimiser les coûts par des méthodes économiques, intégrer la qualité à chaque étape, rester flexible face aux variations de la demande et livrer dans les délais, évaluer économiquement les nouveaux développements, modéliser les interactions du système et optimiser l’utilisation des ressources pour accroître la productivité.

Compléments

• Une voiture est composée d’environ 15 000 composants et un avion de ligne peut en comporter 4 000 000.

• La fabrication industrielle mobilise des personnes de spécialités différentes, des équipements plus ou moins automatisés, des ordinateurs, des robots et des équipements de manutention.

📖 2. Conception et ingénierie simultanée

🔑 Notions clés & Définitions

• Conception en vue de la fabrication : Intégration de la conception, des matériaux, des méthodes et gammes opératoires de fabrication, de l’assemblage, des tests et du contrôle de qualité.

★ À maîtriser

📌 La conception et la fabrication ne doivent pas être considérées comme séparées : chaque pièce doit respecter les spécifications et pouvoir être produite facilement et économiquement.

📌 L’ingénierie traditionnelle organise séquentiellement le développement du produit et celui des moyens de production, tandis que l’ingénierie simultanée les développe en parallèle afin de réduire le temps d’introduction sur le marché.

Compléments

• Une conception efficace exige une connaissance approfondie des fonctionnalités et des performances attendues du produit, qui peut être nouveau ou constituer une variante.

• L’analyse quantitative de la conception peut s’appuyer sur la conception et la fabrication assistées par ordinateur, la génération de gammes opératoires et des systèmes experts.

• La réussite de l’ingénierie simultanée nécessite : le soutien de la direction, un travail d’équipe interactif et pluridisciplinaire, l’utilisation des technologies disponibles, notamment les méthodes analytiques et l’informatique

• Un exemple d’ingénierie simultanée permet de réduire de 30 % le nombre de composants d’un moteur de voiture, de 25 % son poids et de 50 % le temps de fabrication.

💡 Astuce mémo

Développement séquentiel des moyens après le produit, contre développement parallèle en ingénierie simultanée.

📖 3. Sélection et propriétés des matériaux

★ À maîtriser

• La classification des matériaux de fabrication distingue : les métaux ferreux, les métaux non ferreux et leurs alliages, les plastiques, les céramiques, vitrocéramiques, verres, graphite et diamant, les matériaux composites

• La sélection des matériaux prend en compte leurs propriétés :

  • mécaniques
  • physiques
  • chimiques
  • de fabrication

Compléments

• Dans le Boeing 757, les proportions d’aluminium en 1980, 1990 et 1995 sont respectivement de 78 %, 70 % et 62 %, celles de l’acier de 12 %, 10 % et 8 %, celles du titane de 6 %, 10 % et 12 %, et celles des composites de 4 %, 10 % et 18 %.

• Les propriétés mécaniques comprennent :

  • la limite élastique
  • la limite de rupture
  • la dureté
  • la déformabilité
  • la résistance à la fatigue
  • la résistance au fluage

• Les propriétés physiques comprennent :

  • la densité
  • la chaleur spécifique
  • le coefficient de dilatation
  • la conductibilité
  • la température de fusion
  • les propriétés électriques et magnétiques

• Les propriétés chimiques à considérer comprennent :

  • l’oxydation
  • la corrosion
  • la dégradation des propriétés
  • la toxicité
  • l’inflammabilité
  • l’impact environnemental

📌 Les propriétés de fabrication déterminent si un matériau peut être coulé, formé, usiné, soudé et traité thermiquement; les procédés peuvent aussi modifier ses propriétés finales et sa durée de vie.

• La disponibilité et le coût des matériaux sont des facteurs cruciaux pour la compétitivité d’un produit.

📖 4. Exemple des battes de base-ball

★ À maîtriser

• Le frêne utilisé traditionnellement pour les battes de base-ball est recherché pour :

  • sa stabilité dimensionnelle
  • son module d’élasticité élevé
  • son rapport résistance-poids élevé
  • sa bonne résistance au choc
  • sa faible densité

• Des battes composites ont été développées avec du graphite et des fibres de verre dans une matrice de résine époxy.

Compléments

• Il faut utiliser du frêne de plus de 45 ans pour obtenir une bonne texture superficielle, ce qui motive la recherche de matériaux de remplacement.

• Les battes en aluminium sont peu appréciées car elles sont sensibles aux défauts de surface et à la fatigue.

📖 5. Sélection des procédés de fabrication

★ À maîtriser

• Il existe généralement plusieurs procédés de fabrication pour produire une même géométrie.

• Les procédés de fabrication se répartissent en cinq familles :

  • le moulage des métaux
  • la mise en forme des matériaux
  • l’usinage
  • l’assemblage
  • les opérations de finition

• Le choix d’un procédé dépend de plusieurs facteurs : la forme à obtenir, le type de matériau et ses propriétés, les spécifications dimensionnelles et d’état de surface, les coûts de fabrication

Compléments

• Une forme bombée peut être obtenue à partir d’une tôle métallique par emboutissage mécanique ou par emboutissage à l’explosif.

📖 6. Assemblage et conception facilitée

★ À maîtriser

• L’assemblage des composants fabriqués permet d’obtenir le produit fini, et ses opérations doivent être simples, rapides et peu coûteuses.

• La méthode Design for Assembly vise à simplifier l’assemblage en réduisant le nombre de pièces et en modifiant leur forme pour faciliter leur manipulation et leur insertion.

Compléments

📌 La conception modulaire privilégie des pièces multi-usages utilisables dans plusieurs produits d’une même famille afin de réduire le nombre de composants à produire et à stocker.

📌 Les composants doivent présenter une variabilité aussi faible que possible de forme et de dimensions.

• Le choix entre assemblage manuel et automatisé dépend notamment de la complexité du produit, du nombre de pièces, de la qualité attendue et du coût de la main-d’œuvre.

📌 La fixation par vis-écrou nécessite de forer des trous, ce qui ajoute une opération sans valeur ajoutée et peut réduire la durée de vie par concentration des contraintes, mais elle permet de démonter les pièces.

📖 7. Qualité et automatisation

🔑 Notions clés & Définitions

• Qualité : Satisfaction des besoins du client dans les plus brefs délais et au plus juste prix.

★ À maîtriser

📌 La qualité doit être intégrée au processus de conception et de fabrication plutôt que testée uniquement une fois le produit fini.

• Les plans d’expérience développés par Deming et Taguchi étudient simultanément les facteurs d’un procédé et leurs interactions afin d’optimiser les paramètres avec un nombre réduit d’expériences.

Compléments

• L’automatisation vise à : améliorer la productivité, améliorer la qualité et l’uniformité du produit, minimiser les temps de cycle, réduire les coûts

• L’informatisation de la fabrication a évolué de la Conception Assistée par Ordinateur remplaçant les tables à dessin à son intégration avec la Fabrication Assistée par Ordinateur, puis à la productique.

• Les ordinateurs sont utilisés pour le contrôle et l’optimisation des procédés, la manutention, l’assemblage, ainsi que l’inspection et le test automatisés des produits.

📖 8. Économie et environnement

★ À maîtriser

• Le coût total de fabrication comprend :
  • les coûts des matériaux
  • les coûts de l’outillage
  • les coûts de la main-d’œuvre
  • les coûts fixes et de fonctionnement
  • les coûts de capital

📌 Une production plus économique repose sur la simplicité de la fabrication et de l’assemblage, le choix de matériaux appropriés, l’adaptation de la précision dimensionnelle et du fini de surface aux besoins, et l’évitement des procédés additionnels et de finition.

• Les règles environnementales de conception et de fabrication consistent à : réduire le gaspillage de matériaux dès la conception, développer des produits et procédés technologiques non nuisibles à l’environnement, réduire l’utilisation de matières dangereuses dans les produits et les procédés, assurer la manutention et le stockage des déchets, améliorer le traitement des déchets, le recyclage et la réutilisation des matériaux

Compléments

• Les coûts de fabrication représentent à peu près 40 % du coût du produit.

• Les déchets manufacturiers comprennent notamment : les lubrifiants pour les opérations d’usinage, les solvants pour le nettoyage, le sable chargé d’additifs utilisé pour la fonderie, le laitier de fonderie, les mitrailles métalliques et non métalliques produites lors des opérations de fonderie et du moulage des matières

• En usinage, des lubrifiants à base d’eau peuvent remplacer ceux à base d’huile, ou la lubrification peut être supprimée en optimisant les paramètres d’usinage.

💡 Astuce mémo

Moins de gaspillage à la conception → moins de déchets à traiter

📖 9. Organisation de la fabrication

★ À maîtriser

• Les activités de fabrication doivent être organisées et gérées efficacement afin de maximiser la productivité, de minimiser les coûts et de maintenir une bonne qualité.

Compléments

• Une coordination et une administration efficaces des fonctions et des responsabilités sont essentielles en raison des interactions complexes entre les matériaux, les machines, le personnel, l’information, la hiérarchie et l’investissement.

• Le diagramme organisationnel distingue notamment :
  • le conseil d’administration
  • la présidence
  • les fonctions juridiques
  • les fonctions administratives
  • les fonctions financières
  • les fonctions commerciales
  • les achats
  • la fabrication
  • la recherche et l’ingénierie