Analyse de l’articulation processus-pratiques par rapport à un projet particulier de conception

Au-delà du positionnement d’une entreprise dans le cadre du modèle intégration des processus de conception dans les pratiques des concepteurs, il nous a paru intéressant de confronter ce positionnement à la réalité des activités de conception au sein de l’entreprise (Maranzana, Gartiser et al. 2009).

V.4.3.1. Transport de bandes d’acier plat carbone dans les lignes de

recuit continu d’ArcelorMittal

Le cas d’étude présenté porte sur l’optimisation du transport de bandes d’acier plat carbone dans les lignes de recuit continu d’ArcelorMittal.

Nous présenterons tout d’abord le produit : les bandes d’acier plat carbone ; puis le procédé : le recuit continu. Enfin, nous présenterons la problématique à résoudre ainsi que les pistes de solutions apportées grâce à cette étude.

Chapitre V : Validation du réseau d’apprentissage pour la conception innovante. Le Consortium TRIZ

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V.4.3.1.1. Présentation du produit : « les bandes d’acier plat carbone »

ArcelorMittal propose à ses clients une large gamme de produits, entre autres : les aciers plats carbone, les aciers inox et les produits longs. Dans le cadre de ce projet, les bandes transportées sont en acier plat carbone (Murry 1998; Barralis and Maeder 2002; Philibert, Vignes et al. 2002). ArcelorMittal participant à la conception des produits de ses clients en mettant à leurs dispositions son savoir-faire, l’entreprise dispose ainsi d’une gamme très étendue de produits et d’applications pour ce type d’acier (automobile, construction, électroménager, emballage). Ces aciers sont produits sous forme de bandes et conditionnés en bobine (Figure V-6).

Figure V-6 : Schéma d'une bande d'acier plat carbone

Les deux extrêmes de format de la bande, sont les suivantes : • Le format large et fin

• Le format étroit et épais

Le carnet d’une ligne correspond à l’ensemble des formats de bande admissibles sur une ligne.

V.4.3.1.2. Présentation du procédé « recuit continu »

Les procédés de traitement thermique, dont font partie le recuit, ont pour objet de soumettre l’acier à l’action de cycles thermiques appropriés afin de lui conférer des propriétés particulières adaptées à sa mise en œuvre ou son utilisation (Murry 1998; Barralis and Maeder 2002; Philibert, Vignes et al. 2002).

En effet, le procédé de recuit (Brun 1996) permet d’une part, d’éliminer les effets de phénomènes mécaniques ou thermiques considérés comme néfastes ; d’autre part, il permet d’optimiser les propriétés métalurgiques d’une pièce. Le cycle de recuit d’un matériau métallique comprend cinq stades successifs : le chauffage, le maintien, le refroidissement, le

survieillissement et le refroidissement final. Dans le cas d’une ligne de recuit continu (Figure V-7) ces opérations sont réalisées sur une même de ligne de façon continue ; il permet un important gain de temps et de fiabilité sans oublier la suppression des régimes transitoires par rapport au recuit sous cloches.

Bobine de sortie A C C U M U L A T E U R

Chauffage Maintien Refroidissement

A C C U M U L A T E U R Bobine d’entrée

four de recuit continu

Survieillissement Refroidissement final

Figure V-7 : Schéma de principe d’une ligne de recuit continu inspiré de (Jacques, Elias et al. 2007)

Le four est composé de tubes radians (dont la température peut monter jusqu’à 1100°C) qui chauffent la bande. La Figure V-8 présente la vue de face (d’un four de chauffe) d’une ligne de recuit continu de la société ArcelorMittal. Cette ligne de recuit continu, composée de pas loin de 80 rouleaux, mesure environ 200 mètres de long sur 40 mètres de hauteur. L’entrée de la bande se fait du côté droit de la figure.

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Dans le four, le transport de la bande s’effectue, quant à lui, à l’aide de rouleaux (Figure V-9).

Figure V-9 : Déplacement de la bande via des rouleaux

Les rouleaux sont creux en leur centre et peuvent avoir différents profils (cylindrique, biconique simple pente, biconique double pente, à bombé continu). Ils mesurent 2000mm de large et 800mm de diamètre.

V.4.3.1.3. Problématique à résoudre

Dans le four, les tubes radians qui chauffent la bande, chauffent par ailleurs, par rayonnement, la frette des rouleaux ce qui provoque leur dilatation (Figure V-10). De plus, le champ de température n’étant pas uniforme dans le four, cela entraine des déformations intempestives des rouleaux (entre les bords et le centre du rouleau).

Bande

Rouleau

Conduction

Radiations issues des tubes radians Radiation Conduction Tubes radians Bande Rouleau

Figure V-10 : Schématisation du phénomène de radiation (Elias and Petit 2005)

Ainsi, ces déformations varient d’une part à cause de l’effet thermique, mais également d’autre part, en fonction du format de la bande, en effet :

• Un format large et fin est sensible au problème de plis thermiques.

La formation de plis thermiques dépend directement de la traction ; il est possible pour chaque format de bande et chaque cycle thermique de déterminer une Traction Critique de Formation de Plis (TCFP). Les principaux paramètres influençant la TCFP sont l’épaisseur, la largeur et la limite élastique pour la bande ; le profil plat et bombé pour le rouleau.

• Un format étroit et épais est lui plus sensible au problème de déport de bande.

Le déport de bande sur un rouleau est essentiellement dû au profil du rouleau ; si celui-ci est concave, la différence de vitesse entre le centre et le bord du rouleau aura pour effet de déplacer la bande vers l’extérieur.

Ainsi, l’objectif de ce cas d’étude consiste à optimiser le transport de bande dans les fours de recuits continus afin de supprimer les plis et les déports pour, d’une part, augmenter la vitesse de la ligne, et d’autre part, étendre le carnet (largeur min, max et épaisseur min, max), c’est-à-dire la gamme de produits traités, tout en ayant une qualité de produit irréprochable.

V.4.3.1.4. Pistes de solutions au problème

Depuis de nombreuses années, les membres du bureau d’études en charge de ce problème se sont attachés à optimiser le profil des rouleaux. Deux points sont à analyser : la criticité de la ligne en termes de plis, et, la criticité de la ligne en termes de déport. Les travaux antérieurs ont consisté à trouver le bon compromis de profils afin de supprimer un risque sans en engendrer un autre.

Pour étudier la criticité de la ligne ils ont fait appel à trois modèles différents : un modèle de simulation de transitoire thermique dans un four, un modèle de dimensionnement des rouleaux de transport et un modèle d’analyse de la traction critique de formation des plis. L’utilisation de ces modèles permet ensuite d’établir :

• pour un format étroit et épais, une courbe d’évolution des bombés des rouleaux de la ligne (bombé vu bande)

• pour un format large et fin, une courbe d’évolution de la traction critique pour chaque rouleau

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Les rouleaux identifiés comme « critiques » sur une ligne vont ainsi être étudiés et remplacés par un rouleau au profil adéquat. Cette solution est utilisée mais entraîne une longue étude sur un point précis de la ligne et par la suite une augmentation des stocks de rouleaux de rechange. En effet, pour chaque rouleau spécifique, il faut avoir le même en réserve.

Dans le cadre du Consortium TRIZ, et plus particulièrement lors du « WP2-Cas d’études », d’autres concepts de solution ont été développés. Les accords de confidentialité nous empêchent de dévoiler la solution développée, cependant, un concept prometteur a été élaboré et retenu dans le cadre de cette étude ; il fait actuellement l’objet d’une étude approfondie. Nous voyons ainsi apparaître deux familles de solution. La première, utilisée depuis plusieurs années, dont le principe consiste à optimiser le profil des rouleaux identifiés comme « critiques ». La seconde, développée par le biais du projet « WP2-Cas d’études », propose un tout autre concept de solution pour répondre au problème. Cette seconde solution permet véritablement à l’entreprise de changer de courbe en S et offre ainsi de nouvelles perspectives.

V.4.3.2. Méthodologie de collecte d’informations du cas d’étude

Le groupe en charge de répondre à cette problématique était composé de quatre personnes (un chef de projet, un animateur et deux experts « métiers »). Un observateur était présent pour observer les pratiques.

Avant le début du projet, à l’issue de chaque séance et à la fin du cas d’étude des questionnaires de suivi ont par ailleurs été remplis par les membres du groupe. Ces questionnaires abordaient les thèmes suivants : l’état initial, le déroulement du cas d’étude, la méthodologie et les résultats.

V.4.3.3. Validation

Suite aux observations, tout au long du cas d’étude, ainsi qu’à l’analyse des questionnaires, voici les conclusions qui ressortent par rapport aux deux dimensions étudiées dans notre modèle :

• dimension « formalisation » : à son début, le cas d’étude a clairement été rattaché au « processus de développement de procédés » et plus spécifiquement dans le jalon « pré-projet ». Après validation des résultats au jalon « pré-projet », le cas d’étude

est ensuite devenu un « projet » et est passé au jalon « engineering ». A l’issue du jalon « pré-projet », des fiches idées ont par ailleurs été rédigées pour alimenter le processus de « management des idées ».

• dimension « pratiques » : tout au long de l’étude, l’ensemble des participants n’a cessé de raisonner en « langage codé » en faisant référence aux différents jalons et processus.

Ainsi, suite à l’observation de ce cas d’étude, nous constatons qu’il est possible de positionner la dimension « pratiques » au niveau (Pb)-structurée. Par contre, pour ce qui est de l’axe « formalisation », nous ne sommes pas capable de nous positionner au-delà de (F2)-reproductible.

V.4.4. Conclusion sur l’illustration du modèle et préconisations