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ChristianMascle

WaleryWygowski

D u d o s s i e r p r o d u i t a u d o s s i e r f a b r

i c a t i o nFabrication

avancéeet méthodes

industriellesTome 1

Extrait de la publication


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Christian Mascle

Walery Wygowski

Fabrication

avancée

et méthodes

industriellesTome 1

D u

d o s s i e r p r o d u i t a u

d o s s i e r f a b r i c a

t i o n

Presses internationales

P o l y t e c h n i q u e


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Fabrication avancée et méthodes industrielles – Du dossier produit au dossier fabrication, tome 1

Christian Mascle, Walery Wygowski

Équipe de production

Coordination éditoriale et production : Luce Venne-Forcione

Correction d’épreuve : Nicole Blanchette Couverture : Cyclone Design

Mise en pages : Martine Aubry

Pour connaître nos distributeurs et nos points de vente, veuillez consulter notre site Web à l’adresse suivante : polymtl.ca/pub

Courriel des Presses internationales Polytechnique : [email protected]

Nous reconnaissons l’aide financière du gouvernement du Canada par l’entremise du Fonds du livre du Canada pour

nos activités d’édition.

Gouvernement du Québec – Programme de crédit d’impôt pour l’édition de livres – Gestion SODEC.

Tous droits réservés

© Presses internationales Polytechnique, 2012

On ne peut reproduire ni diffuser aucune partie du présent ouvrage, sous quelque forme ou par quelque procédé

que ce soit, sans avoir obtenu au préalable l’autorisation de l’éditeur.

Dépôt légal : 1er trimestre 2012 ISBN 978-2-553-01551-9 (version imprimée)Bibliothèque et Archives nationales du Québec ISBN 978-2-553-01630-1 (version pdf)

Bibliothèque et Archives Canada Imprimé au Canada


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Notes biographiques

Christian Mascle est professeur titulaire au Département de génie mécanique de l’École Polytechnique deMontréal. Il a obtenu son premier diplôme d’ingénieur en microtechnique de l’École d'ingénieurs du Locle(Suisse) en 1978, son baccalauréat en génie mécanique de l’École Polytechnique de Montréal en 1982 et sondoctorat ès sciences en microtechnique de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (Suisse) en 1990. Il aacquis son expérience initiale à l’occasion de différents stages dans l’industrie des turbines hydrauliques, du polissage de pièces et du raffinage pétrolier; par la suite, il a travaillé successivement comme associé derecherche en biomécanique à l’École Polytechnique de Montréal, comme professeur adjoint à l’ÉcolePolytechnique de Thiès (Sénégal), comme assistant professeur à l’École polytechnique fédérale de Lausanne, puis il a obtenu un poste de professeur à l’Université du Québec à Trois-Rivières, avant de revenir à sonalma mater , l’École Polytechnique de Montréal. Au cours de sa carrière universitaire, il a enseignél’industrialisation des produits, la fabrication industrielle, la conception et les méthodes d’assemblage, laméthodologie du design, les éléments de machines et les systèmes hydrauliques. Ses intérêts en recherchecomprennent la détermination de gammes et de ressources en fabrication et en assemblage, la modélisationet la conception des produits pour l’ensemble de leur cycle de vie, le traitement des produits en fin de vie etla méthodologie de conception, tant dans le domaine de l’aérospatiale que dans ceux de l’automobile, dumatériel informatique et de la microtechnique. Il est membre de l’Ordre des ingénieurs du Québec (OIQ) etdu Centre interuniversitaire de recherche sur le cycle de vie des produits, procédés et services (CIRAIG).

Walery Wygowski est enseignant au Département de génie mécanique et au Service de la formationcontinue de l’École Polytechnique de Montréal. Il cumule plus de 40 ans d’expérience pédagogique enenseignement du génie mécanique dans plusieurs universités à travers le monde. Il a travaillé comme maîtrede conférences, puis comme professeur à l’Université technique d’État de Moscou Bauman (Russie); il aaussi été professeur à l’École normale supérieure technique de Laghouat (Algérie) ainsi que professeur etchef de la section fabrication à l’Institut Polytechnique Gamal A. Naser de Conakry (Guinée). Il a obtenu sesdiplômes d'ingénieur mécanicien (1961) et de docteur ès sciences techniques (1966) de l’Universitétechnique d’État de Moscou Bauman de même qu’un doctorat en sciences appliquées de l’ÉcolePolytechnique de Montréal (2005). Ses intérêts en recherche comprennent la conception, la fabrication etl’industrialisation de produits dans les domaines de l’aérospatiale, du nucléaire et d’autres industries de produits complexes. Il est l’auteur principal du livre Technologie des réacteurs nucléaires (publié en russe par Atomizdat, Moscou, en 1992) et du Dictionnaire français-russe – russe-français de la technologie de pointe (publié par ETS, Moscou, en 1997) qui comporte plus de 120 000 termes. Il a aussi élaboré les notesdes cours Processus de fabrication mécanique, Technologie de construction mécanique et Éléments demachines de l’École Polytechnique de Montréal. Il est membre de l’Ordre des ingénieurs du Québec.


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Avant-propos

Objectifs

Lorsqu’on entend le mot « innovation », on pense souvent « nouveau produit ». Mais pour être compétitif, unindustriel pense plutôt « amélioration de la productivité, de la qualité, de l’adaptabilité et de la responsa- bilité ». Cette innovation est donc parfois dans le produit, mais de manière beaucoup plus courante, pour unchef d’entreprise, elle est surtout dans les moyens de production, c’est-à-dire les procédés et les méthodes defabrication de pointe.

Comment comprendre la réalité de la fabrication industrielle et du travail du bureau des méthodes? Commenttransformer des matières premières minérales en produits fabriqués fonctionnels? Enfin, comment élaborer ledossier de fabrication à partir du dossier produit issu du bureau d’études? C’est ce que le lecteur apprendraen parcourant les différents chapitres de ce livre consacré à la fabrication et aux méthodes de pointe.

Le présent ouvrage répond à un besoin dans la formation en industrialisation du produit, une formation de

spécialité en ingénierie, souvent négligée dans le cursus et pourtant essentielle à la formation. Il fournit lesfondements théoriques et de nombreux exemples d’applications nécessaires à la bonne compréhension desdisciplines suivantes :

• fabrication mécanique avancée;• assemblage et production automatisée;• fabrication assistée par ordinateur et machines-outils;• contrôle dimensionnel;• réingénierie des systèmes mécaniques.

Les objectifs recherchés sont avant tout pédagogiques : il s’agit de mettre à la disposition des étudiants engénie un ouvrage donnant les bases du cycle complet de l’industrialisation des produits, c’est-à-dire le passage des données de la maquette numérique du dossier produit au dossier de fabrication. C’est le travail

qu’exécute en général le bureau des méthodes d’une entreprise. L’ouvrage, qui sera suivi d’un autre traitantd’études de cas, convient très bien aux ingénieurs de la pratique industrielle qui désirent compléter ouconsolider leurs connaissances, qu’ils soient issus du domaine du génie mécanique, du génie industriel ou dugénie des matériaux; il comporte une mine de renseignements pour tout ingénieur confronté aux problèmesd’industrialisation d’un produit et de fiabilité des machines de production.

Description

Jusqu’à maintenant, il n’existait pas de livres en français couvrant l’ensemble de la fabrication, de l’éla- boration d’un brut à l’assemblage d’un produit. Non seulement ce livre propose-t-il une description del’ensemble des procédés, mais il présente aussi, dans de nombreux cas, les moyens de calculer les principaux paramètres d’élaboration ou de contrôle des pièces.

L’ouvrage, divisé en deux tomes, a pour objet la fabrication industrielle et l’industrialisation des produits desgénies mécanique et industriel. Dans le premier tome, l’introduction à la compétitivité industrielle et àl’importance de la seconde transformation des métaux constitue une entrée en matière et une sensibilisationaux grands enjeux de la survie d’une entreprise. L’analyse de la qualité d’un produit, l’introduction àISO 9000 et la conception des gabarits de contrôle des pièces établissent un lien nécessaire entre la fonc-tionnalité numérique, la fabrication et la fonctionnalité réelle qui n’a rien de virtuel. Ce lien permet l’indis- pensable vérification de l’industrialisation du produit.

Toute fabrication de produit commence par un certain nombre de procédés d’obtention de pièces brutes.Ces pièces doivent avoir, à l’état brut, des formes qui dépendent étroitement de leur procédé d’obtention.


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VI Avant-propos

Le lecteur apprendra à connaître les différentes technologies industrielles disponibles et les règles de concep-tion permettant de définir les formes des bruts et d’en calculer les dimensions et les tolérances.

Le comportement fonctionnel des pièces et l’apparence générale du produit imposent que les pièces soientfinies, et parfois polies, à l’aide de procédés d’usinage. Les différents types de machines-outils, leur préci-sion et ses paramètres, les opérations d’usinage et les outils utilisés sont décrits en détail.

De même, le comportement fonctionnel des pièces, leur usure et leur fiabilité dépendent de leur conceptionet du soin apporté à leur fabrication. L’obtention d’un bon état de surface et la problématique de la fiabilitétechnologique des pièces et des machines-outils sont abordées dans une perspective d’amélioration continuede la qualité et de la fiabilité.

La compétitivité d’une entreprise industrielle exige une amélioration de la productivité, de la qualité, del’adaptabilité et de la responsabilité vis-à-vis du public et des générations futures. Dans le deuxième tome,nous abordons donc la productivité, qui est certainement le paramètre dont on entend le plus parler à tous leséchelons de l’activité publique et industrielle. Pour améliorer la productivité, il faut être capable de lamesurer et savoir comment l’accroître. Dans l’industrie, l’ingénieur se préoccupe du coût de fabrication, ducoût de production, du prix de revient, ou coût unitaire, et du coût technologique, selon le contexte. Cecontexte-là est déterminé par la stratégie ou la tactique de l’entreprise. Nous présentons trois définitionsappropriées aux notions qui reflètent les difficultés de l’estimation des coûts.

Ayant abordé les procédés d’usinage, le lecteur voudra approfondir ses connaissances et s’enquérir desmontages d’usinage disponibles pour positionner une pièce et la brider. L’ouvrage l’amènera à comprendreles fondements de l’isostatisme et, pour les cas limites, le calcul des forces de serrage.

Vient ensuite la question de la séquence des opérations : dans quel ordre et au cours de quelle phase unesurface donnée doit-elle être usinée? C’est là le domaine des processus d’usinage et de l’analyse de fabri-cation. À l’aide des renseignements contenus dans l’ouvrage, le lecteur pourra établir la charte de toléranceslui permettant de calculer les dimensions des cotes opérationnelles.

Enfin, les pièces doivent être assemblées; c’est l’objet de l’avant-dernier chapitre du livre, dans lequel il estsurtout question des procédés de soudage. Quant au dernier chapitre, il amènera le lecteur à parcourir undomaine, qui tout en sortant parfois du génie mécanique, traite malgré tout des procédés d’élaboration d’une

pièce ou de sa finition. Il y sera question des procédés d’usinage non conventionnels, des revêtements par plasma et de l’ébavurage.

Chacun des chapitres se termine par une auto-évaluation qui contient des questions ou des problèmesaccompagnés ou non de réponses partielles ou complètes, avec ou sans commentaires.

Note : À moins d'indications contraires, les unités utilisées dans les figures et tableaux sont des millimètres.


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Remerciements

Cet ouvrage n’a pu être conçu que grâce à l’appui et au travail de nombreux professeurs et enseignants qui se

sont succédé dans l’enseignement des cours Procédés de fabrication mécanique et Fabrication et métaux;nous pensons en particulier à MM. Claude Morel et Luc Baron, qui ont contribué à l’élaboration, àl’amélioration et à la correction des notes de ces cours, mais aussi à nos collègues du Laboratoire derecherche en fabrication virtuelle pour le soutien qu’ils nous ont apporté, tant par leur aide que par leursconseils et leurs idées.

Les auteurs tiennent aussi à remercier M. André Wygowski pour la préparation des figures et son aidedésintéressée dans la résolution de problèmes informatiques de toute nature.

Enfin, les auteurs remercient toute l’équipe des Presses et ses collaborateurs, dont Mme Nicole Blanchette,qui a effectué la révision et la correction d’épreuves du texte avec beaucoup de professionnalisme, Mme Martine Aubry, qui a fait la saisie des corrections et la mise en pages du manuscrit et, bien sûr, M me LuceVenne-Forcione chargée, entre autres, de notre projet; elle nous a conseillé et a effectué les révisions des

révisions, tout en essayant de concilier nos frustrations et les raisons d’État de l’édition, mais aussi lesmultiples notes manuscrites des réviseurs et des auteurs.


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Table des matières

Notes biographiques ........................................................................................................................................ III

Avant-propos .................................................................................................................................................... VRemerciements .............................................................................................................................................. VIIListe des principaux symboles et abréviations ............................................................................................. XIIIIntroduction ................................................................................................................................................... XV

Chapitre 1 Fabrication industrielle ............................................................................................................... 1 1.1 Introduction............................................................................................................................................... 11.2 Compétitivité des entreprises .................................................................................................................... 1

1.2.1 Qualité ............................................................................................................................................ 31.2.2 Productivité .................................................................................................................................... 51.2.3 Adaptabilité .................................................................................................................................... 51.2.4 Responsabilité environnementale ................................................................................................... 7

1.3 Phases d’élaboration d’un produit............................................................................................................. 81.3.1 Service commercial (phases 1 et 5) ................................................................................................ 91.3.2 Bureau d’études (phase 2) ............................................................................................................ 111.3.3 Bureau des méthodes (phase 3) .................................................................................................... 121.3.4 Production (phase 4) .................................................................................................................... 151.3.5 Flux d’activités dans l’entreprise ................................................................................................. 16

1.4 Dossier produit ........................................................................................................................................ 191.4.1 Dessins de définition .................................................................................................................... 191.4.2 Nombre de pièces commandées ................................................................................................... 201.4.3 Délais de fabrication .................................................................................................................... 211.4.4 Travail en succession ou travail en parallèle ................................................................................ 211.4.5 Matière d’œuvre ........................................................................................................................... 22

1.4.6 Présentation des bruts ................................................................................................................... 221.5 Rôles du bureau des méthodes ................................................................................................................ 241.6 Conclusion .............................................................................................................................................. 27Autoévaluation ................................................................................................................................................. 28

Chapitre 2 Modèle qualité ..................................................................... .......................................... 312.1 Introduction............................................................................................................................................. 312.2 Concept de qualité totale ......................................................................................................................... 312.3 Modèle qualité et techniques associées ................................................................................................... 33

2.3.1 AMDEC ....................................................................................................................................... 382.3.2 Méthode de Taguchi ..................................................................................................................... 402.3.3 Qualité six sigma .......................................................................................................................... 42

2.4 Normes ISO 9000 ................................................................................................................................... 432.5 Structure de la série ISO 9000 ................................................................................................................ 432.5.1 ISO 9001:2000 et ISO 9004:2000 ................................................................................................ 432.5.2 Documentation ............................................................................................................................. 45

2.6 Choix d’un modèle qualité ...................................................................................................................... 452.7 Implantation d’un modèle qualité ........................................................................................................... 46

2.7.1 Manuel qualité (ISO 9001:2000, paragraphe 4.2.2) ..................................................................... 472.7.2 Procédures organisationnelles et responsabilités ......................................................................... 472.7.3 Instructions de travail ................................................................................................................... 482.7.4 Échéancier ............................................................................................................. ....................... 49


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X Table des matières

2.8 Certification ............................................................................................................................................ 502.8.1 Registraires .................................................................................................................................. 502.8.2 Processus de certification ............................................................................................................ 51

2.9 Conclusion .............................................................................................................................................. 54Autoévaluation ................................................................................................................................................ 55Réponses ......................................................................................................................................................... 56

Chapitre 3 Gabarit ....................................................................................................................................... 573.1 Introduction ............................................................................................................................................ 573.2 Norme de tolérancement géométrique.................................................................................................... 57

3.2.1 Lacunes du tolérancement dimensionnel ..................................................................................... 583.2.2 Classes et symboles ..................................................................................................................... 603.2.3 Système de références ................................................................................................................. 613.2.4 État virtuel et état résultant .......................................................................................................... 633.2.5 Règles d’interprétation ................................................................................................................ 66

3.3 Construction des gabarits ....................................................................................................................... 693.3.1 Classification ............................................................................................................................... 693.3.2 Calcul de calibres tolérancés avec ajout d’une surépaisseur d’usure

pour le contrôle dimensionnel ..................................................................................................... 703.3.3 Calcul de calibre (gabarit) tolérancé fonctionnel de position

(calibre d’assemblabilité) ............................................................................................................ 753.4 Conclusion .............................................................................................................................................. 88Autoévaluation ................................................................................................................................................ 88Réponses ......................................................................................................................................................... 90

Chapitre 4 Procédés d’obtention d’une pièce brute .................................................................................. 954.1 Introduction ............................................................................................................................................ 954.2 Choix du procédé d’obtention d’une pièce brute ................................................................................... 954.3 Laminage ................................................................................................................................................ 964.4 Forgeage libre ....................................................................................................................................... 100

4.5 Estampage à chaud et autres opérations de déformation ...................................................................... 1074.5.1 Technologie des bruts estampés ................................................................................................ 1074.5.2 Règles applicables aux bruts estampés ...................................................................................... 112

4.6 Roulage et fluotournage ....................................................................................................................... 1164.7 Formage à haute énergie ....................................................................................................................... 120

4.7.1 Formage par explosion .............................................................................................................. 1204.7.2 Formage électrohydraulique ...................................................................................................... 1214.7.3 Formage électromagnétique ...................................................................................................... 123

4.8 Moulage ................................................................................................................................................ 1254.8.1 Moulage en sable ....................................................................................................................... 1294.8.2 Moulage en carapace (croning ) ................................................................................................. 1314.8.3 Moulage à la cire perdue ........................................................................................................... 136

4.8.4 Moulage en coquille .................................................................................................................. 1424.8.5 Moulage sous pression .............................................................................................................. 1444.8.6 Règles simples de conception de pièces moulées ...................................................................... 1484.8.7 Surépaisseur d’usinage et tolérancement du brut ...................................................................... 152

4.9 Conclusion ............................................................................................................................................ 159Autoévaluation .............................................................................................................................................. 160Réponses ....................................................................................................................................................... 163

Chapitre 5 Procédés d’usinage conventionnels ....................................................................................... 1675.1 Introduction .......................................................................................................................................... 1675.2 Matériaux de la partie active des outils ................................................................................................ 167


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Table des matières XI

5.3 Tournage ............................................................................................................................................... 1705.4 Fraisage ................................................................................................................................................. 1745.5 Perçage et alésage ................................................................................................................................. 1795.6 Filetage et taraudage ............................................................................................................................. 185

5.6.1 Filetage ....................................................................................................................................... 1865.6.2 Taraudage ................................................................................................................................... 188

5.6.3 Machines-outils .......................................................................................................................... 1895.7 Brochage ............................................................................................................................................... 1905.8 Taillage des engrenages ........................................................................................................................ 1935.9 Rectification .......................................................................................................................................... 1995.10 Conclusion ............................................................................................................................................ 203Autoévaluation ............................................................................................................................................... 204Réponses ........................................................................................................................................................ 204

Chapitre 6 Précisions de fabrication et d’assemblage ............................................................................. 2076.1 Introduction........................................................................................................................................... 2076.2 Précision d’usinage ............................................................................................................................... 207

6.2.1 Précisions dimensionnelle et géométrique ................................................................................. 208

6.2.2 Mesure de la précision ............................................................................................................... 2156.2.3 Estimation de la précision par méthode statistique .................................................................... 2236.2.4 Erreurs primaires de la précision d’usinage ............................................................................... 2306.2.5 Stratégie de diminution des erreurs primaires d’usinage ........................................................... 2876.2.6 Modèles de calcul de la précision d’usinage .............................................................................. 294

6.3 Précision en prototypage rapide ............................................................................................................ 3126.4 Précision d’assemblage ......................................................................................................................... 3146.5 Conclusion ............................................................................................................................................ 329Autoévaluation ............................................................................................................................................... 329Réponses ........................................................................................................................................................ 336

Chapitre 7 État de surface et facteurs appropriés .................................................. ...................... 337

7.1 Introduction........................................................................................................................................... 3377.2 État de surface ....................................................................................................................................... 3377.2.1 Influence de l’état de surface sur le fonctionnement des pièces ................................................ 3427.2.2 Influence des facteurs technologiques sur l’état de surface ....................................................... 3507.2.3 Mesure de l’état de surface et de la contrainte résiduelle .......................................................... 360

7.3 Augmentation technologique de la durée de vie des produits ............................................................... 3657.4 Mise au point pour la fiabilité des produits spéciaux ............................................................................ 367

7.4.1 Complexité de conception des produits spéciaux ...................................................................... 3677.4.2 Stratégie moderne ...................................................................................................................... 369

7.5 Conclusion ............................................................................................................................................ 374Autoévaluation ............................................................................................................................................... 375Réponses ........................................................................................................................................................ 377

Annexe A Présentation des aciers finis à froid............................................................................................. 379

Annexe B Précision d’usinage et qualité ...................................................................................................... 387

Bibliographie ................................................................................................................................................ 419

Index ............................................................................................................................................................. 425



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Liste des principaux symboleset abréviations

Symbole

ou abréviation

Définition

Δ1 Méthode de sommation arithmétique des distorsions de cotes (± Worst Case)AC Approche basée sur la charte de tolérances et la méthode EP avec la sommation probabiliste

des erreurs primairesAF Assemblage automatique par machine à transfert libreAFNOR Association française de normalisationAI Assemblage automatique par machine à indexage synchroniséAISI American Iron and Steel Institute

ANSI American National Standards InstituteAP Assemblage programmable par unités de travail multispécialiséesAR Acier rapide / Assemblage robotiséARS Acier rapide supérieurAS Assemblage symbiose (manuel/automatique)ASME American Society of Mechanical EngineersBD Balance de dimensionsBÉ Bureau d’étudesBM Bureau des méthodesCALS Normes en matière d’échanges de données établies par le United States Department of

Defense (Continuous Acquisition and Life-Cycle Support )

CAO Conception assistée par ordinateurCN Commande numériqueCNC Commande numérique par calculateurCo Cote outilCSA Association canadienne de normalisation (Canadian Standard Association; ancienne

appellation française : ACNOR)CT Classe de tolérances de moulageCU Compensation d’usureDI Dépenses indirectes de production ou frais généraux indirects (y compris les dépenses

administratives et d’amortissement)E Module d’YoungEM Méthode basée sur le calcul d’écart minimal quadratique du contour réel par rapport au

contour moyenEP Méthode basée sur l’analyse des erreurs primaires avec la sommation probabiliste des erreurs

aléatoires et systématiques, ainsi que la sommation ±/Méthode de sommation probabiliste deserreurs primaires

ÉV État virtuelF Cote de dessin de définitionFAO Fabrication assistée par ordinateurFGL Fonte à graphite lamellaireFGLA Fonte à graphite lamellaire à faible résistance


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XIV Liste des principaux symboles et abréviations

FGS Fabrication en grande sérieFGV Fabrication à grande vitesse/Fraisage à grande vitesseFM Fabrication de masseFPS Fabrication en petite sérieFS Fabrication en série

FU Fabrication unitaireHB Dureté Brinell ( Brinell Hardness)HP (Machine-outil) à haute précisionHRC Dureté Rockwell ( Rockwell Hardness)HV Dureté Vickers (Vickers Hardness)ISO Organisation internationale de normalisation ( International Organization for

Standardization)IT Intervalle de toléranceLMC Minimum de matière ( Least Material Condition)LOM Objet manufacturé laminé ( Laminated Object Manufacturing )LT Lien technologique

MA Surépaisseur d’usinageMFCS Moteur-fusée à combustion solideMMC Maximum de matière ( Maximum Material Condition)MMT Machine à mesurer tridimensionnelleMNP Moule non permanentMO Machine-outilMOCN Machine-outil à commande numériqueMOD Main-d’œuvre directeMP Moule permanentP PénalisationPO (Machine-outil) à précision ordinaire

PR Prix de revient / Prototypage rapidePS Paramètre de sortieQu QualitéR Cote de dessin du brutRFS Sans égard à la cote ( Regardless of Feature Size)SA Sous–assemblageSAE Society of Automotive EngineersSAS Système d’assemblageSR Surface de référenceST Système technologiqueSTL Format de fichier basé sur une facettisation des surfaces par des triangles orientés vers

l’extérieur de la matière et jointifs bord à bord (Stereolithography)TD Tolérance dimensionnelleTF Tolérance de fabricationTG Tolérance géométriqueTG(F) Tolérance géométrique de formeTG(P) Tolérance géométrique de position relativeTTh Traitement thermiqueUGV Usinage à grande vitesseVD Méthode basée sur le calcul du vecteur du centre de masse du contour réel


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Introduction

L’expression « procédés de fabrication mécanique » désigne les moyens mécaniques imaginés et mis en

œuvre par l’homme pour transformer, par le travail, la matière en produits utiles. On peut facilementconcevoir que l’homme exploita d’abord des moyens manuels, d’où le terme « manufacturer » (de manus,« main » et factus, « faire »), employé aujourd’hui pour désigner le fait de fabriquer des biens avec desmoyens mécaniques.

L’évolution dans ce domaine, tout comme dans les autres sphères de l’activité humaine, fut lente et hésitante.Ce n’est qu’au cours du XVIIIe siècle, à l’ère de la révolution industrielle, que la mécanisation, puisl’automatisation des procédés de fabrication, tels que nous les connaissons de nos jours, ont réellementcommencé à s’accélérer. Aujourd’hui, l’éventail des procédés de fabrication et des matériaux, qui continued’ailleurs à s’élargir, est tellement vaste que l’exploitation rationnelle des uns et des autres, de même quecelle de la force ouvrière, au sens noble du terme, nécessite une planification rigoureuse si l’on veut enoptimaliser le rendement. C’est au bureau des méthodes qu’incombe généralement cette responsabilité.

Les machines, avec lesquelles on fabrique les produits, coûtent de plus en plus cher, ainsi que la main-d’œuvre qui les utilise. Les machines se compliquent grandement, elles possèdent plus d’axes, elles ont descommandes numériques et sont souvent équipées d’appareillage automatique coûteux, tels les changeursd’outils, les évacuateurs de copeaux, etc. Il est donc important d’immobiliser ces systèmes de production etcette main-d’œuvre le moins de temps possible. Pour ce faire, il faut faire subir à une pièce le nombreminimal d’opérations de montage/démontage sur des machines différentes. Le bureau des méthodes va jouerun rôle fondamental à cet égard.

Au bureau des méthodes, le travail s’effectue selon les principes et les règles de l’organisation scientifiquedu travail (OST). Science industrielle de la production optimale, l’OST vise à économiser la santé destravailleurs et à obtenir des productions de la meilleure qualité possible pour le coût le plus économique possible. Cette science s’est constituée à partir :

•

des principes et des méthodes de travail énoncés par les savants des XVIe

et XVIIe

siècles;• des modèles de travail scientifique utilisés par les chercheurs des XVIIIe et XIXe siècles, qui conduisirent à

l’énoncé des principes et des règles particulières au domaine industriel;• des connaissances industrielles que la mise en pratique méthodique de ces règles et principes par les

industriels depuis la fin du XIXe siècle a permis d’accumuler.

Les principaux personnages de l’histoire qui contribuèrent soit directement, soit indirectement, à l’édifica-tion de cette science sont :

• Eli Whitney (1765-1825). Cet Américain, inventeur entre autres de la machine à égrener le coton, fut le premier en 1798, semble-t-il, à reconnaître l’importance d’établir une méthode quelconque assurant un degréraisonnable de précision et d’uniformité des pièces fabriquées en plusieurs exemplaires. Il posait ainsi les

bases de l’interchangeabilité des pièces mécaniques. Cela lui permit d’obtenir un contrat du gouvernementaméricain pour fabriquer 10 000 fusils. Ce fut probablement la première grande série de piècesinterchangeables.

• Charles Renard (1847-1905). Cet officier et ingénieur militaire français imagina une série de nombres àutiliser, de préférence à tous les autres, dans le but de rationaliser et de standardiser les équipements et lesoutillages. C’est ce qu’on appelle les séries « Renard ».

• F. W. Taylor (1856-1915). Ce chercheur américain consacra 25 ans de sa vie à l’étude de la coupe desmétaux dont il dégagea un certain nombre de lois qui régissent la vitesse de coupe, la nature, la forme et lesconditions d’emploi des outils. Il découvrit les aciers rapides au tungstène. Il fit intervenir dans ses


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XVI Introduction

expériences, comme source d’économie, un nouveau facteur : la vitesse d’exécution, et lutta contre lesmultiples causes de gaspillage du temps. Il énonça le principe suivant qu’il appliqua dans ses travaux :

Diviser une difficulté globale en plusieurs difficultés élémentaires, puis étudier une

à une ces difficultés élémentaires.

De plus, il énonça cinq autres principes :

1. Pour chaque travail, étudier une technique rationnelle remplaçant les anciennes

méthodes empiriques.

2. Transmettre systématiquement cette technique à l’exécutant pour qu’il

l’applique intégralement.

3. Séparer la fonction préparation de celle d’exécution du contrat.

4. Spécialiser chacune de ces fonctions.

5. Répartir équitablement les bénéfices résultant de l’augmentation du rendement.

• F. Gilbreth (1868-1924). Les travaux de cet autre chercheur américain sont à la base de l’étude de lasimplification du travail. Avec la collaboration de son épouse, il se consacra à l’étude des mouvements destravailleurs afin d’aboutir au meilleur rendement possible avec le minimum de fatigue. Ils énoncèrent les

trois principes suivants relatifs à la formation des apprentis :1. Les mouvements sont les premiers éléments à considérer pour l’apprentissage

d’un métier manuel quelconque;

2. Dès le début, il faut enseigner avec méthode et exiger les mouvements corrects;

3. La qualité correcte est le résultat de mouvements corrects exécutés à la vitesse

standard.

• Henry Ford (1863-1947). Ce remarquable industriel américain, fondateur de la plus grande fabriqued’automobiles du monde, la « Ford Motor Company », et inventeur de l’automobile qui porte son nom, fut le premier à appliquer de façon intensive les principes et les règles de l’OST. Le plan d’organisation de sesusines, célèbre dès le début sous le nom de « système Ford », s’est particulièrement distingué par :

1. la rationalisation poussée à l’extrême du travail (travail à la chaîne);2. un aménagement des salaires destiné à accroître, autant que possible, le ren-

dement (association des ouvriers aux bénéfices, travail des malades et des

infirmes);

3. l’introduction de la semaine de cinq jours de huit heures chacun.

Cette courte présentation, outre son aspect historique, avait surtout comme objectif d’illustrer l’état d’espritdans lequel il convient de réaliser le travail en bureau des méthodes. Assurément, retenir des noms, savoirqui a fait quoi ou se rappeler qui a énoncé tel principe ou telle règle a une certaine importance, mais ce sontles principes, les règles et les méthodes de travail scientifique que les savants et industriels ont énoncés etmis en pratique qui constituent la ligne directrice de l’organisation scientifique du travail à mettre en œuvre.

Organiser scientifiquement le travail, c’est identifier, inventorier, grouper, choi-

sir, ordonner, spécifier pour fabriquer et pour contrôler, dans un temps minimal,

à un coût minimal et à la qualité imposée.

Le passage à la fabrication industrielle a aussi été caractérisé par un effort de systématisation des expériencesmanufacturières. C’est ce à quoi se sont employés certains chercheurs, dont I. Dwigoubski, professeur àl’Université de Moscou, dans son livre Bases initiales de technologie publié en 1807.

Les découvertes de la révolution industrielle ont fait bondir la production depuis le milieu du XIXe siècle, tantdu point de vue du nombre de biens produits que de celui de leur diversité. Mais, si les avantages de cenouveau mode de production et du mode de consommation qui s’est ensuivi sont nombreux au regard duconfort et de la simplification de la vie quotidienne, on prend de plus en plus conscience d’un certain nombre


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Introduction XVII

de leurs impacts latéraux, lesquels viennent jeter quelques ombres sur ce tableau à première vue idéal. Eneffet, les précurseurs de l’OST, dont l’objectif était d’augmenter la productivité, la qualité des biens produitset l’adaptabilité des moyens de production, sous-pondéraient les conséquences environnementales et socialesdu système qu’ils préconisaient.

Depuis les années 1960, le mouvement écologiste – suivi de la communauté scientifique – a mis en lumière

la détérioration de l’environnement planétaire due à notre mode de vie et à nos pratiques industrielles, qui pourrait même compromettre l’avenir à long terme de la Terre et de la vie qu’elle héberge. Par ailleurs, lesgrandes inégalités sociales entre les États du nord et ceux du sud, mais également les inégalités chroniquesqui se creusent à l’intérieur même des États développés, ne cessent d’être médiatisées et dénoncées. Lesconsommateurs, de plus en plus sensibilisés aux répercussions de leurs habitudes d’achat sur l’environne-ment et le développement des pays, désirent faire des choix responsables non seulement écologiquement,mais également socialement.

La réglementation évolue, elle aussi, dans le sens d’un développement plus respectueux des environnementshumains et naturels. Par exemple, les grands émetteurs finaux de gaz à effet de serre (les industries qui en produisent plus de 105 t/an), tels que les entreprises des secteurs de la fabrication, les centrales thermiques etles industries minières, pétrolières et gazières, sont actuellement tenus de réduire leurs émissions polluantes,mais ces exigences s’étendront petit à petit à l’ensemble des entreprises.

Il est alors impératif de faire du développement durable une part intégrante de l’organisation de la productionindustrielle. Un développement peut être qualifié de durable s’il reconnaît l’interdépendance des différentessphères de l’activité humaine et s’il respecte les limites d’assimilation et de régénération de nos ressourcessociales et naturelles. Le développement durable tend vers un équilibre entre les moyens que l’on prend poursubvenir aux besoins de tous et les impacts qu’ont ces façons de faire sur les plans environnemental, social etéconomique.

Aussi, l’ingénieur se doit-il aujourd’hui de recommander des équipements et des procédés qui consommentmoins d’énergie et émettent moins de polluants dans l’atmosphère, dans les eaux et dans le sol, tout en tenantcompte des aspects sociaux et économiques.

Pour toutes les raisons évoquées ci-dessus, les entreprises doivent adapter leur production à ce courant ascen-dant d’une nouvelle consommation. La fabrication ne saurait échapper à ces changements. En tenant comptede l’état actuel du secteur manufacturier, on peut formuler une définition de la technologie de pointe (TP) :

La technologie de pointe fait appel à de nouveaux procédés de fabrication et à denouvelles machines, auxquels sont associées la technologie de l'information, la micro-

électronique et de nouvelles méthodes organisationnelles inhérentes à ces processus.

La TP constitue un atout pour les entreprises qui cherchent à atteindre des objectifs de performance(productivité, qualité, coût) à l'échelle internationale dans les conditions de mondialisation des marchés.


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Chapitre 1

Fabrication industrielle

1.1 INTRODUCTION

La compréhension de la fabrication industrielle et du travail du bureau des méthodes passe par la connais-sance des facteurs fondamentaux qui influent sur la compétitivité des entreprises, des phases d’élaborationd’un produit, du contenu du dossier produit ainsi que du rôle et des défis du bureau des méthodes. Dans cechapitre, nous examinerons chacun de ces aspects de la fabrication industrielle.

1.2 COMPÉTITIVITÉ DES ENTREPRISES

En raison de la mondialisation des marchés, la compétitivité d’une entreprise est devenue un facteur déter-

minant de son succès ou de son échec.Par compétitivité, on entend la capacité d’une entreprise de faire face aux autres entreprises, lors de la production et de la vente d’un produit à un marché. Bien entendu, c’est la demande du marché qui déter-minera directement le succès ou l’échec commercial d’un produit. En général, on attribue ce succès ou cetéchec à au moins six facteurs fondamentaux :

1. la qualité;

2. la productivité;

3. l’adaptabilité;

4. la responsabilité environnementale;

5. l’adéquation du produit;

6.

la mise en marché.Une entreprise compétitive maîtrise bien ces six facteurs fondamentaux. L’adéquation du produit, c’est lacapacité du cahier des charges de répondre à un besoin réel du marché. La mise en marché permet de faireconnaître le produit et contrôle jusqu’à un certain point la perception que le marché a du produit. Ces deuxfacteurs ne sont habituellement pas sous la responsabilité directe des ingénieurs. En revanche, les quatre premiers le sont et nous en ferons l’étude dans cette section.

La compétitivité d’une entreprise donnée se mesure en comparaison de celle des autres entreprises quitravaillent dans le même domaine (fig. 1.1). L’acheteur, que ce soit le consommateur final ou le donneurd’ordre, est roi. C’est lui qui détermine le produit ou le service qu’il veut acheter. Pour une gamme de prixdonnée, il exige :

• un niveau de qualité élevé,•

des délais de livraison courts,• des produits plus ou moins personnalisés.

Pour assurer sa compétitivité, l’entreprise doit répondre adéquatement aux questions posées à la figure 1.2lors de la conception d’un produit (une automobile dans l’exemple présenté).

La plupart des produits offerts sur le marché actuel font appel à des technologies ou à des matériaux quiétaient encore inexistants il y a 30 ans (par exemple, les matériaux composites, les transmissions optiques, le prototypage rapide).


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2 Chapitre 1

Il y a deux voies possibles pour la conception d’un nouveau produit :

• on peut améliorer un produit existant afin de parvenir à satisfaire les besoins du marché. C’est lamodification d’un produit A de la figure 1.3a;

• on peut concevoir un nouveau produit qui surpasse la performance du produit A existant en considérant le besoin global pour obtenir une réponse plus pertinente. C’est le produit B de la figure 1.3a.

Figure 1.1 Compétitivité de l’entreprise.

Figure 1.2 Questions et solutions lors de la conception d’un produit.


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Fabrication industrielle 3

P r o f i t s

ImplantationMaturité

Croissance Saturation

R & Ddu produit A

P r o d

u i t A

Modificationde produit A

Décroissance

R & D du produit B

Temps P r o d

u i t B

(a)

Compétitivitéd’une

entreprise

Qualité

Délais Coûts(respecter, voire diminuer) (comprimer)

(assurer un niveau élevé)

(b)

Figure 1.3 Conception d’un nouveau produit et compétitivité d’une entreprise : a) cycle de vie d’un pro-duit; b) triangle qualité-délais-coûts.

1.2.1 Qualité

La défaillance d’un produit peut avoir des conséquences très graves. À ce titre, on peut mentionner lescatastrophes aériennes ou maritimes, les accidents dans les centrales électriques et nucléaires, dans les usineschimiques, etc. La qualité d’un produit se mesure de différentes façons et sous différents aspects. Dans cet

ouvrage, nous définissons la qualité comme la conformité instantanée du produit réalisé avec les spécifi-cations du cahier des charges pour un prix donné. Le succès potentiel du produit dépend donc très fortementdes spécifications du cahier des charges. Le succès effectif de ce même produit résultera non seulement de laconformité du produit avec les spécifications, mais aussi d’une foule de facteurs tels que le contexteéconomique, la perception des clients et les nouveaux produits de la concurrence. Par exemple, un sondagemené par l’Association canadienne des automobilistes (Canadian Automobile Association, CAA) en 1991 arévélé que les constructeurs automobiles pouvaient obtenir des taux d’insatisfaction très faibles pour leursmeilleurs modèles et, en même temps, des taux d’insatisfaction élevés pour le service après-vente de leursconcessionnaires et pour d’autres modèles (tabl. 1.1).


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4 Chapitre 1

Tableau 1.1 Taux d’insatisfaction moyen selon un sondage national de la CAA en 1991

Constructeursautomobiles

Taux d’insatisfaction

Véhicules Service après-vente

(moyenne)Ensemble des modèles

(moyenne)Meilleurs modèles

(0 % pour tous)Pires modèles

(moyenne)

Chrysler 5,2 % Fifth AvenueDodge 2000GTX

Dodge Spirit

Eagle Medallion

20,0 %

12,9 %

Ford 6,3 % FestivaProbe

Camion

F-100-350

11,0 %

15,6 %

GM 4,4 % Chevrolet Monte Carlo

Buick Skyhawk

Buick Regal

Camion13,0 %

13,7 %

Honda 2,0 % Acura LegendPrelude

Accord

3,0 %

5,4 %

Toyota 2,7 % CressidaMR2Previa

Camion

13,0 %

7,2 %

Volkswagen 2,9 % FoxPassat

Golf

Jetta

2,0 %

10,0 %

La qualité n’est donc pas reliée au degré de sophistication technique du produit ou à son seul prix, mais plutôt à sa conformité absolue avec les spécifications du cahier des charges pour un prix donné. Il faut parconséquent allier prix et qualité afin d’atteindre le meilleur rapport qualité-prix. Le manque de qualité coûtecher, mais ce coût est difficile à évaluer. On peut tenir compte du coût des pièces rejetées ou retouchées dansce calcul. Toutefois, la perte de clientèle et de marché due à la non-qualité est plus difficile à estimer. Cette perte est généralement très importante et extrêmement lourde de conséquences.

La qualité constitue un facteur fondamental difficile à maîtriser face à une inertie ambiante dans le mondeindustriel et des affaires. Elle est affaire de culture et non de règle. Certaines compagnies traitent encore laqualité comme un mal nécessaire. L’importance accordée aux critères de qualité dans les catalogues de produits n’est pas toujours proportionnelle aux applications réelles qui se retrouvent sur les sites de production.

Selon le triangle qualité-délais-coûts (fig. 1.3b), il faut :

• respecter la qualité des produits et les coûts de fabrication :

–

par l’implantation de nouvelles technologies, – par l’utilisation accrue du matériel informatique (par exemple, les microprocesseurs);


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Fabrication industrielle 5

• respecter les délais dans tous les services, de la conception au service après-vente. À cet égard, l’approchetraditionnelle par constitution de stocks de produits est insuffisante. Il convient de mettre en place desméthodes d’organisation moderne (par exemple, Kanban–juste à temps).

1.2.2 Productivité

La productivité est certainement le facteur fondamental dont on entend le plus parler à tous les échelons del’activité publique : industrie, politique, enseignement, médias d’information, etc. Pourtant, on n’emploie ceterme couramment que depuis les années 1950. Il fait partie du vocabulaire tant des économistes que desingénieurs. La productivité est un concept scientifique sans nationalité et sans couleur politique. Uneentreprise annonce qu’elle se modernise pour accroître sa productivité, une autre licencie des employés pourla même raison. Les politiciens et les représentants de l’industrie nous rappellent régulièrement que la surviedes entreprises est liée aux gains de productivité.

Toutefois, une baisse des prix attribuable à un gain de productivité ne constitue qu’un des éléments de lacompétitivité, la qualité des produits en étant un autre (fig. 1.4). En effet, on constate que dans bien desdomaines, les produits asiatiques sont généralement moins chers et les produits allemands, plus chers.Cependant, certains consommateurs (particuliers et entreprises) préfèrent les produits allemands en raisondes spécifications élevées du cahier des charges, malgré leurs prix élevés.

Figure 1.4 Comparaison de la qualité et de la productivité de différentes zones économiques mondiales.

1.2.3 Adaptabilité

Dans les dernières décennies, les décisions d’affaires des industries manufacturières ont visé les économiesd’échelle au détriment de l’adaptabilité. La conjonction de ce processus et des contraintes de la compétitivitéinternationale a entraîné un renforcement de la spécialisation des tâches. En période de forte croissance de lademande, le système de production tel qu’il a évolué était efficace. L’espérance de vie de plus en plus courtedes produits modernes oblige toutefois à une constante et rapide évolution des moyens de production.Aujourd’hui, on cherche à élever le niveau de productivité des installations, à abaisser les coûts et à accroîtrela souplesse des lignes de production existantes. Or, cette souplesse ne peut ni s’improviser ni se subir, maisdoit au contraire être l’objet de spécifications précises. L’entreprise doit devenir moins vulnérable auxchangements conjoncturels et structurels. L’achat de nouvelles formes d’équipements automatisés risque


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6 Chapitre 1

cependant d’épuiser une grande partie des ressources d’une entreprise dans le développement si lerenouvellement des produits se fait à un rythme trop rapide. On aborde ici le problème des variantes d’unmême produit par la modularisation de ce dernier. L’adaptabilité comprend donc :

• la capacité de concevoir des produits modulaires en plusieurs variantes;

• la capacité de produire à un instant donné plusieurs variantes d’un produit donné (en général par des

combinaisons de modules de base);• la possibilité d’adapter en permanence la capacité de production aux fluctuations du marché, la capacité

de faire évoluer dans le temps les moyens de production (fig. 1.5). Alors qu’un système de productionspécialisé a une durée de vie équivalente à celle du produit pour lequel il a été bâti, un système flexible peut s’adapter à la production de 1 à n produits.

B é n é f i c e s

Figure 1.5 Comparaison entre les cycles de vie de n produits et le type de système de production.

On peut remarquer que cette adaptabilité, que l’on exige de plus en plus au regard des moyens de production,est tributaire de la conception du produit, d’où la nécessité absolue d’une « intégration » de la conception etde la production. Il est évident que cette adaptabilité implique des modifications fondamentales desstructures internes des entreprises et remet en cause, en particulier, les structures pyramidales. Une entreprisemoderne, pour survivre, doit optimiser toutes les ressources humaines et motiver tous ses acteurs.

Un produit, ou un système de production, répond à un certain nombre de fonctions de base. Il est toujoursintéressant, lors de la conception, d’essayer de faire coïncider modules et fonctions. Il est évident qu’il faut bien faire apparaître les fonctions principales (sous forme d’un schéma-bloc par exemple), ce qui n’est pastoujours facile. Si l’on prend l’exemple d’une souris d’ordinateur (fig. 1.6), on peut faire apparaîtrequatre fonctions de base et réaliser ces fonctions au moyen de quatre modules correspondants. Ainsi, lechoix d’une nouvelle technologie permet de ne modifier qu’un module sans tout remettre en cause.

On peut ainsi, dès la conception, prévoir les modules sensibles aux technologies à évolution rapide (maté-riaux, électronique, style, etc.) et ainsi éviter de remettre en question l’ensemble de l’étude à chaque chan-gement. Cette approche se pratique couramment dans l’industrie automobile.


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Chapitre 2

Modèle qualité

2.1 INTRODUCTIONLa production industrielle de produits et de services nécessite une structure organisationnelle efficace et uneconformité aux normes généralement reconnues.

En 1987, le comité technique 176 de l’Organisation internationale de normalisation, qui porte en anglais lenom de International Standards Organisation (ISO), a publié la première version de la série 9000 des normesISO sur la qualité. Conçues originalement pour harmoniser l’immense éventail de normes nationales etinternationales concernant les modèles qualité, ces normes donnent les orientations pour la sélection, la miseen place et le maintien d’un système qualité. Le comité regroupait au départ les organismes nationaux denormalisation de cinq pays, soit :

•

l’Association française de normalisation (AFNOR), France;• l’ American National Standards Institute (ANSI), États-Unis;• le British Standards Institute (BSI), Angleterre;• le Nederlands Normalisatie Institute (NNI), Pays-Bas;• l’Association canadienne de normalisation (Canadian Standards Association, CSA), Canada.

Depuis, plus d’une centaine de pays, notamment les cinq membres du comité 176 ainsi que le Japon,l’Allemagne, la Suède, etc., ont fait des normes ISO 9000 leurs normes nationales. Ces normes sont de plusen plus présentes sur le marché mondial pour garantir la qualité des biens et des services dans les relationsfournisseurs-clients. On estime qu’à la fin de décembre 2005, au moins 776 608 certificats ISO 9001:2000avaient été délivrés dans 161 pays et économies.

Dans ce chapitre, nous définirons en premier lieu le concept de qualité totale, ou système qualité. Nousverrons ensuite les niveaux de modèles qualité et les techniques qui y sont associées. De là, nous exami-nerons la raison d’être et la structure des normes de la série ISO 9000. Nous présenterons en détail un pland’implantation de ces normes, notamment en regard du manuel qualité, des procédures organisationnelles,des instructions de travail et de l’échéancier. Enfin, nous décrirons le processus de certification.

2.2 CONCEPT DE QUALITÉ TOTALEL’organisation mise en place pour obtenir la qualité totale est parfois appelée système qualité. Tous lessecteurs de l’entreprise coopèrent dans le concept de qualité totale (fig. 2.1).

• La conception doit développer/concevoir l’assurance qualité (fiabilité, maintenabilité, disponibilité, coûts)et la planification (contrôle qualité, production).

•

Avant la production, on sélectionne le personnel (choix, formation, motivation).• En production, on réalise le contrôle des achats et des matériaux, le contrôle du processus, l’inspection

finale et le contrôle de la logistique (emballage, stockage, manutention et transport).

• Après la production, il convient de surveiller la banque de données (concurrence, client, maintenance),l’analyse des coûts qualité, les actions correctives et le contrôle d’après-vente (compétence des vendeurs,accueil).

• Pendant la proposition et la préparation, il est nécessaire de planifier la politique qualité, l’organisation dutravail, la législation et la sécurité du travail.


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32 Chapitre 2

Figure 2.1 Concept de qualité totale.

W. E. Deming, économiste et scientifique américain, a introduit la notion de qualité au Japon dans les années1950. Aujourd’hui, il y fait figure de prophète. Il existe même au Japon un prix Deming récompensant le produit qui montre la meilleure qualité. Dans le but d’aider les responsables du management à améliorer laqualité des produits, Deming a énoncé 14 préceptes.

1.

Toujours chercher à améliorer le produit ou le service et investir dans le futur. Être toujours compétitif.2. Adopter la philosophie du temps présent : pas de défaut, pas de délai, pas d’erreur, un personnel compé-tent et accueillant.

3. Ne plus dépendre du contrôle de masse et préférer le contrôle du processus.4. Améliorer la qualité des matériaux, des composants et des équipements achetés.5. Rechercher continuellement les défauts (gaspillage) et les insuffisances du système mis en place

(conception, achats, qualification) et toujours chercher à l’améliorer.6. Introduire et utiliser des méthodes modernes de travail.7. Introduire et utiliser des méthodes modernes de supervision ou d’encadrement.8. Éliminer la crainte et la peur : peur du changement, peur de s’informer, de justifier de mauvais résultats.9.

Abattre les barrières et les cloisons entre les services de l’entreprise.

10.

Éliminer l’usage des objectifs chiffrés, se débarrasser des slogans : des procédures, des investissementset de meilleurs outils sont plus efficaces que les affiches prônant le zéro défaut.

11.

Éliminer les standards de travail des quotas numériques.12. Susciter et créer une satisfaction ou une fierté dans le travail.13. Mettre en œuvre des programmes d’éducation et de qualification.14. Créer une organisation appropriée à une politique visant la qualité.

Des documents soutiennent les actions opérationnelles de gestion de la qualité (fig. 2.2).

Figure 2.2 Documents attribués aux actions opérationnelles de la gestion de la qualité.


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Modèle qualité 33

2.3 MODÈLE QUALITÉ ET TECHNIQUES ASSOCIÉES

On distingue essentiellement quatre niveaux de modèles qualité (fig. 2.3).

Aucun modèlequalité

Contrôlede la qualité

Assurance qualitéISO 9000:1994

Qualité totale

ISO 9001:2000

Niveau 3

Niveau 2

Niveau 1

Niveau 0

Figure 2.3 Différents niveaux de modèles qualité.

Niveau 0 : Aucun modèle qualité. Les entreprises ayant un modèle qualité de niveau 0 ne possèdent, en fait,aucun modèle qualité. Autrement dit, elles ne procèdent à aucun contrôle de la qualité sur les produitsdistribués, et encore moins sur les moyens de production de ces mêmes produits.

Niveau 1 : Contrôle de la qualité. Les entreprises ayant un modèle qualité de niveau 1 possèdent un système permettant le contrôle de la qualité des produits finis, mais pas le contrôle de la qualité des moyens de production de ces produits.

Niveau 2 : Assurance qualité. Les entreprises ayant un modèle qualité de niveau 2 possèdent un système decontrôle de la qualité des produits finis et des moyens de production. La norme ISO 9000:1994 correspondaità ce niveau de modèle qualité.

Niveau 3 : Qualité totale. Les entreprises ayant un modèle qualité de niveau 3 mobilisent la totalité de leursactivités dans un processus continu d’amélioration afin d’obtenir une meilleure satisfaction du client aumoindre coût. L’édition d’ISO 9001:2000 ne comporte plus le terme « assurance de la qualité ». Cela illustrele fait que les exigences relatives au système de management de la qualité spécifiées dans cette nouvelleédition concernent encore l’assurance de la qualité du produit, mais visent également à accroître lasatisfaction des clients.

La qualité du produit dépend de nombreuses composantes. Si l’une d’elles ne donne pas satisfaction, il y aautomatiquement non-qualité avec toutes les conséquences qui peuvent s’ensuivre : réclamation, annulationde commande, perte de clientèle, atteinte à l’image de marque de l’entreprise, etc. La figure 2.4 présente les principales composantes de la qualité.

Bien souvent, le modèle qualité va de pair avec des techniques telles que l’amélioration continue, la réingé-nierie des processus, le Kaisen, le juste-à-temps, le Kanban, le SMED (Single minute exchange of die), ledéploiement de la fonction qualité (QFD, Quality function deployment ) et la maintenance préventive totale.


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34 Chapitre 2

KAÏZEN

Amélioration progressive

- Système de propositions- Discipline au poste de travail- Maintenance préventive totale- Kanban (juste-à-temps)- Collaboration entre la direction et le personnel

Organisation

- QFD (déploiement de la fonction qualité)- PPM ( parts per million = zéro des erreurs)- Cercles de qualité

Qualité

- Robotisation- Automatisation et mécanisation- Fabrication avancée

ProductivitéProduit nouveau

Les composantesde la qualité Service après-vente

Achat

Utilisation

Maintenance

Délais

Fiabilité

Maintenabilité

Disponibilité

DurabilitéSécurité d’emploi

Coût globalde possession

J u g é e s a p r è s l ’ a c h a t

Caractéristiquesde fonctionnalité

Accueil

Performances

Présentation

esthétique J u g é e s a v a n t l ’ a c h a t

Figure 2.4 Principales composantes de la qualité (adapté de Fanchon, 1994).

L’approche Kaïzen peut s’appliquer aux opérations quotidiennes comme la mise en œuvre de projets à pluslong terme, par exemple l’élaboration d’un nouveau produit ou la modification d’un processus de fabrica-tion. « Kaïzen » ou « Kaisen » vient d’un mot japonais qui signifie « amélioration progressive et continue ».Cette notion englobe diverses techniques de qualité (fig. 2.5).

Figure 2.5 Composantes de l’approche Kaïzen.


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Modèle qualité 35

Parmi ces techniques, le QFD est une méthode permettant de traduire les demandes du consommateur enspécifications techniques de l’entreprise pendant les phases de la vie d’un produit : R-D, conception, indus-trialisation, commercialisation et distribution. Le QFD utilise l’outil graphique, dit la maison de qualité,représenté à la figure 2.6.

Étalonnage selonla voix du clientaéronautique Analyse

I m p o r t a n c e a é r o

n a u t i q u e

6 : Conflitsà résoudre

Éliminer l’ébavurage,l’opération sansvaleur ajoutée

Assurer une qualitérequise

Ne pas dépasser lecoût préétabli 1 : Qualité

demandée

7 : Caractéristiquestechniques

Mesure de performance

La voixdu client

aéronautique

4 : Perception dela concurrence par le client

5 :Pondération

3 : Matrice relationnelle -vérification de fidélitédes caractéristiquestechniques

Poids par importance

% par importance8 : Pondération performance

9A : Performancenouvelle

9B : Performanceen compétition

10 : Résultatsfinaux

Cheminement de l’outilProcédé multifonctionnelModification de gamme

Compagnie XCompagnie Y

Compagnie Z

2 : Demandedu client

Figure 2.6 L’outil graphique du QFD : maison de la qualité.


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36 Chapitre 2

Le Kanban vise la diminution des frais de stockage (fig. 2.7). Il permet également de réduire de façonnotable les frais de réglage des machines-outils (fig. 2.7b).

F r a i s e n u n i t é s d u t e m p s ,

C

F r a i s e n u n i t é s d u t e m p s ,

C

Figure 2.7 Modes d’organisation des travaux : a) organisation périmée; b) Kanban (juste-à-temps). [1 et

3 = frais de stockage des pièces; 2 = frais de réalisation du contrat et de réglage des machines-outils; 4 = frais d’organisation des demandes pour la livraison de sous-assemblages et matériaux;5 = frais constants pour la préparation des travaux et gestion; Σ = frais sommaires; Cmin =valeur minimale des frais sommaires; mopt = taille optimale du lot assurant une Cmin.]

L’application du Kanban, entre autres techniques, permet parfois une amélioration simultanée de la produc-tivité et de la qualité. Dans la plupart des cas, il existe effectivement un lien entre ces éléments : l’augmenta-tion de la productivité entraîne une augmentation de la qualité, car celle-ci est essentielle à une automatisa-tion efficace de l’assemblage des produits. L’augmentation de productivité est liée non seulement à uneaccélération de la cadence de travail, mais également à une réduction du temps de préparation. Par exemple,dans une entreprise de fabrication automobile, le temps de réglage de la presse hydraulique pour l’estampagedes capots et des ailes d’une automobile (fig. 2.8) était auparavant d’une heure, temps requis pour le démon-tage et le montage du poinçon et de la matrice avec les éléments de fixation et de vissage. Après l’améliora-tion du processus de réglage – la modification de la conception d’outillage par les glissières en queued’aronde autorisant maintenant les mouvements simultanés en sens opposé du poinçon et de la matrice lorsdu changement grâce à deux régleurs –, le temps du changement d’outillage est passé à douze minutes et la précision d’estampage a été améliorée.



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Chapitre 3

Gabarit

3.1 INTRODUCTION

La production de pièces mécaniques nécessite un dessin de définition. Ce dessin doit définir de façon nonéquivoque la forme finale de la pièce, et ce, sans indiquer explicitement le ou les procédés de fabrication. Ildoit refléter les critères de la conception et par conséquent contenir toute l’information technique nécessaireà la fabrication.

Les dessins de définition exécutés selon les normes traditionnelles de cotation dimensionnelle (encore enusage aujourd’hui) portent à confusion. Cette lacune est apparue durant la Seconde Guerre mondiale lorsque plusieurs entreprises œuvraient à la fabrication de pièces et de sous-systèmes militaires. Lors de l’assemblage de ces pièces et sous-systèmes, on constatait souvent la présence d’interférences. Il fallait alors

retravailler les pièces ou tout simplement les mettre au rebut. Les différentes entreprises se sont longtempsdisputées devant les tribunaux afin de déterminer un responsable. On a conclu que la cotation dimen-sionnelle utilisée dans les dessins de définition des pièces et sous-systèmes était à l’origine de ces erreurs,qu’une importante révision du langage du dessin technique utilisé sur les plans et devis s’imposait et qu’unenorme de tolérancement des formes géométriques était nécessaire.

Cela fait ressortir l’importance de contrôler la pièce durant sa fabrication. On peut le faire à l’aided’instruments de mesure à l’atelier ou en métrologie, ou encore au moyen d’un gabarit qui représente l’étatlimite d’assemblage. Le contrôleur vérifie par ce gabarit que la pièce s’assemblera même si elle est à sa pirecondition d’assemblage, c’est-à-dire où les éléments dimensionnels sont à leur état au maximum de matièreavec les erreurs de forme maximales permises et les erreurs de positionnement maximales. Le résultat ducontrôle considéré est utile pour ajuster le procédé de fabrication ainsi que pour établir la raison du rejet et

les façons d’y remédier. Le gabarit représente généralement l’environnement immédiat de la pièce, cetenvironnement étant à son état virtuel.

Dans ce chapitre, nous étudierons la norme de tolérancement géométrique CAN/CSA B 78.2-M91,notamment les systèmes de référence et les états virtuels et résultants. Nous examinerons ensuite, à l’aide dequelques exemples, la conception des gabarits et les calculs nécessaires pour les réaliser.

3.2 NORME DE TOLÉRANCEMENT GÉOMÉTRIQUEPlusieurs comités de normalisation, dont le CSA travaillent, depuis les années d’après-guerre, à éta- blir un langage technique uniforme et sans équivoque. Le CSA (dont l’acronyme français était alorsACNOR), a publié en 1991 sa plus récente version de la norme sur le tolérancement géométriqueCAN/CSA B 78.2-M91, en concordance avec les normes ISO (Organisation internationale de norma-

lisation), dont ISO 1101 « Technical Drawings, Geometrical Tolerancing » et ISO 5458 « PositionalTolerancing ». La norme ASME (American Society of Mechanical Engineers) Y14.5M-1994 (R-2004)remplace la norme ANSI (American National Standards Institute) Y14.5M-1982 (R-1988). La normeY14.41-2003 est un élargissement de la norme Y14.5M-1994 à la modélisation 3D. Elle établit les besoinset les documents de référence applicables à la préparation et à la révision des données de définition dumodèle et du dessin numérique du produit. À quelques différences mineures près, la norme ASME est aussien concordance avec les normes ISO.

Au début des années 1960, l’introduction du tolérancement géométrique dans l’industrie a été un échec parce qu’il n’était pas assez bien défini. Redéfini depuis, il a fait l’objet depuis 1975 d’investissementsimportants de la part de l’industrie aérospatiale et aéronautique. Au Canada comme dans la plupart des pays


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industrialisés, on exige maintenant que les dessins de définition soient exécutés selon les normes dedimensionnement et de tolérancement géométrique. De plus, une note au dessin de définition doit identifierla norme d’interprétation, par exemple : « Interprété selon CAN/ACNOR B78.2-1991. » Dans la présentesection, nous tenterons de répondre à la question : « Pourquoi avons-nous besoin d’une norme de tolé-rancement géométrique? » à travers un exemple de dessin de définition qui porte à confusion.

3.2.1 Lacunes du tolérancement dimensionnelLa figure 3.1 présente le dessin de définition d’une pièce fort simple, cotée selon la méthode traditionnelledu tolérancement dimensionnel, c’est-à-dire sans aucune tolérance géométrique. Les deux trous de diamètre8 mm doivent être percés puis vérifiés lors d’un contrôle de qualité. Le machiniste, après avoir étudié ledessin de définition de la pièce, décide de faire un simple montage constitué de deux barres perpendiculairesqu’il fixe à la table de la perceuse (fig. 3.2). Ensuite, il dépose la face A de la pièce sur la table de la perceuse. Puis, considérant qu’il est plus difficile d’obtenir une tolérance serrée sur une cote de 100 mm plutôt que de 75 mm, il appuie correctement la face C sur la barre de gauche, puis il glisse la pièce de façonà compléter son positionnement sur la face B.

Figure 3.1 Exemple de dessin de définition d’une pièce à percer [A, B et C = faces de référence.]

Figure 3.2 Positionnement de la pièce par rapport aux barres fixées à la table de la perceuse selon lemachiniste. [B et C = faces de référence.]


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Gabarit 59

Lors du repérage de la pièce dans le montage de perçage, le machiniste remarque que la face B ne touchequ’en un seul point à la barre horizontale et qu’il y a un vide à angle entre la face B et la barre. Il conclutque cette déviation est normale compte tenu des tolérances de fabrication des faces extérieures, soit ±0,1 à0,2 mm. Une fois toutes les pièces réalisées, celles-ci sont ensuite acheminées au service du contrôle de laqualité. L’inspecteur étudie alors le dessin de définition et, pour les mêmes raisons que le machiniste, décidede faire un montage similaire à celui du machiniste pour vérifier la position des deux trous de diamètre 8

mm sur le marbre d’une machine à mesurer. Considérant la longueur des surfaces B et C, il décide pour desraisons de stabilité d’appuyer la face B correctement sur la barre horizontale avant de glisser la pièce vers lagauche, afin de compléter son positionnement par un contact sur la face C (fig. 3.3).

Figure 3.3 Positionnement de la pièce par rapport aux barres fixées à la table de la perceuse selonl’inspecteur. [B et C = faces de référence.]

L’inspecteur remarque qu’il y a un espace angulaire entre la face C et la barre verticale. Étant donné les

tolérances de fabrication des faces extérieures (±0,1 à 0,2 mm), cette déviation est acceptable. Ensuite, ilvérifie la position des deux trous et trouve que les deux trous sont en dehors des limites permises de±0,1 mm. L’inspecteur vérifie son montage et ses mesures pour s’assurer de sa conclusion. Il va voir lemachiniste pour lui dire que les pièces qu’il a percées ne sont pas bonnes, mais ce dernier est convaincuqu’il a fait les trous aux bons endroits. En fait, ni l’un ni l’autre n’a tort. C’est l’information fournie par ledessin de définition qui est insuffisante. La faute revient au concepteur, qui n’a pas utilisé de tolérancementgéométrique pour positionner les trous.

Cet exemple illustre bien une situation confuse. Le machiniste et l’inspecteur ont bien accompli leur tâche etils se sont conformés aux exigences du dessin. Le problème se situe dans la localisation isostatique de la pièce lors de l’inspection et du perçage. Le machiniste et l’inspecteur se sont servis de deux systèmesdifférents de repérage. Le machiniste a repéré la face C avec deux points de contact et il a ensuite repéré la

face B avec un point de contact. L’inspecteur a procédé de la même façon que le machiniste, sauf qu’il ainversé la séquence de repérage des fa

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