Etude de la commande optimale du processus d'usinage dans un ilôt de fabrication mécanique

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Etude de la commande optimale du processus d’usinage

dans un ilôt de fabrication mécanique

Bernard Mutel

To cite this version:

Bernard Mutel. Etude de la commande optimale du processus d’usinage dans un ilôt de fabrication mécanique. Automatique / Robotique. Université Paul Verlaine - Metz, 1978. Français. �NNT : 1978METZ007S�. �tel-01775594�

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THESE

P R E S E N T E E A

L . U N I V E R S I T E D E M E T Z

4iT} TOTHEOIÆ I.JûIWERSITAIRE

I \ r r 1 ; , r I

?78 0J,65

f_tuts t i.se i P o u r o b t e n i r

L E G R A D E D E D O C T E U R

E S S C I E N C E S

P A B

Bernard

I n g é n i e u r M a s t e r o f M a î t r e A s s i s t a n t à

MUTEL

I . S . I . N . S c i e n c e l-Université de Metz

E T U D E D E t A C O M M A N D E O P T I M A L E

D U P R O C E S S U S

D . U S I N A G E D A N S U

I L O T D E F A B R I C A T I O N M E C A N I Q U E

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S o u t c n u e l e 5 J u i n 1 9 7 8 d e v a n t l a c o m l n i s s i o n d e x a l n e n : M M . F . L H O T E M . A U B R U N M . V E R O N G . F . M I C H E L E T T I R . B A R O C . C A R A B A T O S C . S A U V A I R E P. LAJOYE P r é s i d e n t E x a m i n a t e u r s

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I n v it é s

T J . E . R . N S C T E N C E S E X A C T E S E T N A T T | R E L L E S , , D i n e e t e u t : l ' t . R E I f l G e o r g e e P t o f e e e e u t e H. LONCflAMP trd. BARO ldne GAGilIAnT I I . L E R A Y M . B L O C A TI. XLEITI I'. CHARLTER M . I A V A R D M , r ' I E N D L T T I G M . B A U D E L E I tri, CERTIER 14. EEIZMAilTI M . R O A X , i l e a n - P i e r n e . . . . R a y n o n d . . . o . . . . o " ' t D e n i g e . . . " " ' J o e e P h . . . o " ' , I e a n - M i e h e l . . . . R o l a n d . . . . . _{" "} ' A l p h o n e e . . . _{" '} C l a u d e . . . " " ' E d g a n . . . " " " ' Ù e r n a r d . . . " " M i e h e l . . . " t ' o P i e n n e . . . ' o ' G e o n g e a . . . r . . . r ' A n t o i n e t t e . . . o . . J e a n - P i e n r e . . . . . ' B l u n o . r . . . . t o . . " " ' i t r e a n ' J u l i e n . . . . A n d n ë . . . " " " M é c a n i q u e P h y e i q u e C h i n i e M a t h ê n a t i q u e e M a t h ê m a t i q u e e I t a t h l â m a t i q u e e M a t h é n a t i q u e e P h y e i q u e P h y e i q u e l , I a t h é n a t i q u e e

T . T . P .

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P h y e i q u e P h y a i q u e C h ï n i e P h y a i q u e C h i n i e P h y e i q u e P h y e i q u e P h y e i q u e C h i n i e P h y e i q u e P h y e i q u e M a t t r e e d e C o n f é t e n e e e M . V E B E R J e a n - D a n i e l . . . . " b l , C A R A B A I O S C o n e t a n t i n " " " o . . ' M . F A L L E R M . R H T i l Mme SEC M . D A X H. SCHHTTI l l . P L A V I Û A C E G U Y " o " " " " " . . "

A V A N T

P R O P O S

C e t t e

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C e g n o u p e d e R e c h e t t e l t e

e t t . d û a u x e { d o n i l d e t

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d e t M i L L e u x C o n

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L ' a u t o m a t L q u e a u t e L n

d e L ' U n i v e , L ^ L t A d e f u l e t z .

N o t p n e m L e n t t e m e n c i e m z n t a v o n t . d o n c à " t o u t

e e u x q u i o n t p e n m i t d z c n ' e . e n

L e G R A l l l e t p ( u , s p a L t i e u l i ë .

-n e m e -n t à . l l o -n ^ i e u , L L e P -n o ( e 6 y e u , L

C A R A B A T p S ,

C o - 0 L n e e t e u n

d u L . P . t l . C . p o u r l I - a b L e n v e L l L a n c e q u ' L , L n o u ^ a t o u i o u t t t

m a n L { e ^ t | e , L ' a i d e e t L e t c o n ^ e L L t c 1 u ' L ' L

n ' a c e ^ ^ ' e d ' a p

-p o , L t e r L

d a n t L a " n ' e a l i , s a t L o n d e e e t t e

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E n t a n t q u e , L e t p o n t a b L e d u C e n t t t e U n L v e n t L t a i

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N u m ' e n l c l u e

( C . U . C . N . ) , M o n t L e u n -

L e P n o

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e y t y a . n 6 d o u t e u n e d e , s p e , L ^ o n n e ^

à q u L c e I ' n a

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t o u h a l t o n d L u i a t t o e L e n L e t e l t e n

-e h -e u n t d -e t o n L a b o n a t o i n -e -e t p L u d p a n t L -e u . L L ë . t t -e m -e - n t

M o n d i e - u n

M A R T I N

p o u t l L e 6 t e m a n q u e t c o n ^ t n u c t L v e t e t L ' e x e e L L e n t

a e e u e L L c g u ' i l d n o u ^ o n t t o u i o u , L ^ n ' e t e n v ' e t .

N o u , s

^ o m m e ^

t n ë . , s ,L e c o n n a L l t a n t .

e n v e n ^ M o n t L e u n

L e P n o $ e ^ ^ e u n

L H | T E , R e â p o n L a b L e

d u L a b o n a t o L n e d ' A u t o m a

-t L q u e d e L ' E c o L e N a -t L o n a L e S u p ' e n L e u n e

d e C h n o n o m ' e t n L e

e t .

d e l l L e n o m ' e e a n L c l u e

d e E e t a n ç o n , d ' a v o L n a e e e p t ' e d e p t d . , s L d e n

n o t n e J u t t q e t n o u y 6 o m m e ^ e x t n ô - m e n e . n t

a e n a L b L e à " L ' L n L ' z n ô , t

e t a u x c o n ^ z L L a q u ' i L a . b L e n v o u L u p o , L t e , L

A n o t n e t n a v a L L .

t n e j u n a , m a L t

' e g a L e m e n t

e t t u t L t o u t p o u r L L ' , i n t ' e n ' e t . q u ' L L

a b i e n v o u l - u d e c o r L d Q . , L

à n o t n e t t t a v a L l '

N o u , s

S o m m e ^

p a n t L e u l L è . n e n e n t ' h o n o n ' e p a ' L L a

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à n o t n e ! u n A d e M o n t L e u n L e P n o $ e t t e u n I I I C H E L L E T I

d e L ' I n t t L t u t

P o L q t e e h n l q u e d e T u t L n e t à t n a v e n " ' s

' L u L , d u

C o m L t ' e In t e n n a t L c t n a l p o u , L L a R e e h e n e h e ^ u ' L L a P n o d u c t L v L t ' ' e

( C . I . R . ? . 1 d o n t L t e ^ t L e P n ' e t i d e n t d u g t L o u p e

s u t L L a c o u

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a v o n | e u e ^ L o n t d e n ' e u n L o n t d e c e c o n L t ' e n o u | 0 n t

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C e t . n a v a L L a , p a n a L I ' x . e u , L ^ ,

b . e n . e 6 i e L . e

d e 1 . ,

a y l y l u L

d e L , I . L t . T . d e l , l e t z . N o u t Q - n , L e m e n e L o n , s

t o n O L n e c t e u l l ,

M o n , s i e u n

L e P t t o d e . ^ ^ e u , L

B A R o , P T b , L

L ' e x c e l L e n t a e e u e ' i L q u ' L ' L

n o u S A t O U ! O u n t n ' e t e n v ' e . N o u t ^ o m f f i e ^

t t L è . ^ tl e c o n n a L ^ L a n t , e n

o u î . t t e , A M o n t L e u n L e ? n o ( e ^ 8 e u , L

B A R o d ' a v o L n a c e e p t ' e d e

-p a n t i e L P e l l A n o t t t e J u n q .

N o u t t z n o n t d . e x p , L i m e , L

n o t n e g n a t i t u d e a M o n t L e u n

C L L .

S A U U A I R E , D L n e e t e u n d e I ' A g e n e e N a t L o n a L e p o u ' L L e 0 ' e

-v e L o p p e m e n t

d e L a P n o d u e t L o n A u t o m a t L t ' e e l A . O ' E ' ? ' A ' l

p o u ' L

^ a p a " r L ï L c i p a t i o n à . n o t n e J u n q d e T h è t e . N o u A to u h a i t o n t

n e . m e n c L e n

A ' t n e v e n ^ . L u L , L z t d i 6 6 ' e n e n t e t p e t l y o n n e ^ d e a

d ' e p o n t e - m e n t t

0 ' e v

e l - o y t y t e . m e n t

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o n t c o n t n L b u - e , f J a . t L

L s . u r L t e - x p - e n i e n c e ^ ,

& U m u L L ^ t e m e n t d e t

i d ' e e t p , L a ^ e n t ' e e t d a n t c e t t e ' e t u d e e t c e , d a n t L e c a d n e

d e

e o n t n a t t d e n e e h e n e h e p a , s n ' e t

a v e c n o t , t e g , L o u p e . P a n t e t

n e l a t L o n t p n L v L L ' e g i ê . e t

a v e c L e t e n t n e p n L t e t d e ( a b n i c a t l o n

m ' e e a n L c l u e ,

L ' A O E P A

n o u ^ a . p e . n m i t d ' e n t n e n e n c g l l a b o n a t i o n

a v e c d . e . t L n d U t n L e L A L n t ' e n e t , S ' e t

p a t L n o ; t n a v a u x i n o u y L ' e n

n z m e n e L o n t v i v e m e n t .

N o u t ^ o m m e ^ t. n d . l h o n o n . e y l a n I . a p a , L t . L c i p a t . i o n

a e e J u n q d , e M o n , s L e . u n

L A J \ E , ? n ' e t L d e n t '

d e ' L ' U n L o n P a

-t n o n a l e I n -t e n y -t n o ( e ' S , s L o n n e L L e

d e L a M o ' s e - L L e

e t ' P n ' e t L d e n t

L L n e e t e u t L

G O n ' e n a L

d e L a S o c i ' e t ' e L e t B t t o n z e - d

d ' I n d u t t ' n L e

z t d . t n a v e n t L u L , p q , L L ' L n t ' e n ô - t a e e o n d ' e

à n o | n e e h e n e h e ' S

p a r L L ' I n d u t t n L e L o n n a L n e .

N o u t n e m e n e i o n t

' e g a l e m e n t tOu,s no^ eamanadet

d u L a b o n a t . o L n e

e t p l u t y t a n t i c u | L è n e m e n t e e u x d u G n o u p e

d . ' A u t o m a t L c l u e

p o u r l L ' a t n o d p h è . t e a m L c a " L e

c 1 u ' i l t o n t c o n

-f . n L b u ' e A daLn-e n'egnen. Nout tenona à exp'LLmQ-tL

n o t ' ' L e ll e

-e o n n a L , s t a n -e z -e n v -e t L ^ M -e d t L -e u n t V ' L E ! " | } I N E ,

N ' W E S T P H A L

'

R . B U R N E R

e t A . A L y E S , r r o u r l L ' , a L d e L m p o n t a n t e e t e [ d L e a

-c e q u t L L t -c t n t a y t p o n t ' e e d a " n t L a n ' e a ! - L t a t L o n d e -c e m ' e m o L n z '

E n ( L n ,

b e a u e o u y t

d e , s o L n

[ . ' e n n e m e n e L o n t

L a d a e t q l o g n a y t h L e a 0 t 0 a - ^ ^ u ' L ' e e , a v e c e t d e - e o m y t ' e t e n e e fr a ' ' L l' / ' a " d a m e N ? B L E ' N o u t t n è . r a L n e ë . n e m e n t

-I N T R O D U C T I O N C H A P I T R E

r . 1

r . 2

r . 3

C H A P I T R E I I - _GENERALTTES - _{@MMANDE DE} - _{CHOTX D, T]NE} I 3 7

r r .

r 1 . 2 T I . 3 T T . 4 C H A P I T R E I I I 1 1 2 -PROCESSUS DE FABRTCETION PROBLEMATTQUE D E F I N I T I O N D I U N E S T R U C T U R E H I E R A R C H I Q U E D I O P T I M I S A T I O N D U P R O C E S S U S D ' U S I N A G E

OPTTTtISATTON EN EABRTCATTON MECANTQUE DE PE_ TÏTES SERTES. ETUDES ET REALTSATIONS ANTE_

R T E U R E S . . . 1 0

I I . 1 - 2 - Etude analgtique d u p r o c e s s u s d e r r . 1 . 1 Généra7ités

c o u p e 1 1

1 I . 1 . 3 - Déternination d e s c o n d i t i o n s d e c o u -pe pout une opération . 13 I I . 1 . 4 - Automatisation d e s æ n d i t i o n s d e

1 0

æupe au niveau de la phase

I f . 1 . 5 - Automatisation d e I a g a m m e d ' u s i n a g e 1 I . 1 . 6 - Sgstène intégré d e f a b r i c a t i o n

STRT]CTT]RE D' T]N TLOT DE FABRTCATTON .

STRUCTURE DE LA COMMANDE D,T]NE MACHTNE-OWIL

1 8 20 2 3 2 4 2 8 30 T I T . T I T . æNCLUSTON E T U D E D U N I V E A U D I A D A P T A T I O N DEFTNTTTON DU PROBLET(E

TNTTTALISATTON DES I.,ODELES PAR TRTS

SUCCES-s-rFs . 32 I I I . 2 . 1 - P r i n c i p e . 3 2 I I I . 2 . 2 - AppJication à 7 a d é t e r m i n a t i o n d e s è l u r é e s d e v i e d ' o u t i l 3 3 I I I . 2 . 3 - R e m a r g u e s . 3 7 3 1

I T 1 . 3 TNrTTALISATTON DES ITODELES PAR ANALVSE DTSCRTMTNANTE TYPOLOGT-8W SOUS CONTRATNTES. 1 r 1 . 3 . 1 T T T . 3 . 2 r r 1 . 3 . 3 r r I . 3 . 4 E n o n c é d u p r o b T è m e . -Principe de 7a méthode d e s n u é e s d g n a m i q u e s - . . E t u d e d e 7 ' a n a f g s e d i s -criminante tgPnlogique -Applications à 7a

recon-naissance des lois d'ef-forts de couPe 3 7 3 7 4 1 4 3 4 9 5 7 T T T . 4 - æ N C L U S T O N C H A P I T R E I V E T U D E D U N I V E A U O P T I M I S A T I O N T V . 1

r v . 2

r v . 3

TNDICE r v . 1 . 1 r v . 1 .2 r v . 1 . 3 DE PERFORMANCE .

- CalcuT du temPs d'occuPa' tion du Poste de travaiT - CaIcuI du coùt de

fabri-cation - C r i t è r e s . . . - - - . . . G é n é r a L i t é s . . néalisation d' un modè7e e t t e s t s 6 2 6 4 6 5 TIODELE D' T]SINAGE 68 I V . 2 . 1 - R e P r é s e n t a t i o n 6 8 I v . 2 . 2 - Contraintes 6 9 I V . 2 . 3 - S t r a t é g i e - 7 2 I v . 2 . 4 - Cas ParticuTiers . 7 3 OPTTI,ITSATTON DES @WE EN TOURNAGE CONDTTTONS DE I v . 3 . 1 - G é n é t a 7 i t é s I v . 3 . 2 - C a s d e L ' é b a u c h e . Iv.3.3 - Etude du nPdè7e de

tour-nage .

Iv.3.4 - ExemPie de Ptogramnation I V . 3 . 5 - R e m a r q u e s

OPTTMTSATTON DES CONDTTTONS DE COU-PE EN rcINT A Pf{,NT 80 75 75 7 7 7 8 79 80 r v . 4 . 1 r v . 4 . 2 80

r v . 4

8 1

I V . 5 - æNCLUSTON 84

C H A P I T R E C O M M A N D E D ' U N I L O T D E F A B R I C A T I O N

V.I - TNTRODUCTTON

V.2 - ORæNNANCET4ENTDES SERTES DE PTECES 8 6

8 7

V. 3 - DETERTI,,TNATTON DES CONDTTTONS DE æU-PE ET DE L,ORæNNANCEMENT DANS LE

CAS GENERAL ...

v . 3 . 1 - G é n é t a L i t é s

-v . 3 . 2 - Recherche d'un coût total minimun

v.3.3 - Recherche du temps minimum . v . 3 . 4 - Sgnthèse des études

ptécéden-tes .

v . 3 . 5 - optinisation d u Processus d'usinage Tots de 7a

fabrica-t i o n d ' u n Ptoduit-sur M m a -chines V . 4 - A P P L T C A T T O N . 9 6 8 9 9 1 9 1 92 9 3 v . 4 . 1 v 4 . 2 v . 4 . 3

-DÉtermination du coût Pout

u n e o p é r a t i o n d ' u s i n a g e . . . . 9 6 Détermination C.a. taux de

profit, de rentabiTité et du taux de rentabiTité Pour une

machine 98

Cas d'une séquence

d'oPéta-tion . 99

v.4.4 - Exemple de calcuL du temPs optimaT de cAcle çnut ttois

machines loo V . 4 . 5 - C a s d ' u n e f a b r i c a t i o n d e p l u s i e u r s P r o d u i t s 1 o 2 v.S - @NCLIISTON . 1O3 1 0 4 C O N C L U S I O N G E N E R A L E E T P E R S P E C T I V E S D I A V E N I R R E F E R E I V C E S R E F E R E N C E S ï T T 1 0 8 1 1 0 B I B L I O G R A P H I E

A N N E X E S

\

1 - REGRESSTON ORTHO@NALE

2 - ETUDE DES CONTRArNTEE EN LOURNAGE

3 - ETUDE DES æNTRArMIES EN PERCAGE 4 - ANALYSE DTSCRTTTTNANTE TYrcLOGTQUE

5 - BANQUES DE 'p.NNEES TECTTNOLOGTQUES

6 - DONNEES NUMERTQUES DES EXEMPLES DE L,A.D.T.C. 7 - CAS DE @NTRAINTES SrcCHASTTQUES

8 - CAS D,UNE SEQUENCE D,OPERATTON g - cALcw on v-la

10 - ANALYSE EN COII',P0.SANTES PRTNCTPALES ET DTSCRTI4TNATTON.

C H A P I T R E

I N T R O D U C T I O N I . I G E N E R A L I T E S D a n s l ' i n d u s t r i e m é c a n i q u e d e s p a y s d é v e l o p p é s , l a p r o d u c t i o n e n p e t i t e e t m o y e n n e s é r i e ' e s t u n f a c t e u r i m p o r t a n t p o u r I ' é c o n o m i e n a t i o n a l e . E n f a i t , 7 5 B d e s p i è c e s m é c a n i q u e s s o n t f a b r i q u é e s e n s é r i e s d e m o i n s d e 5 0 u n i t é s t I I . 1 1 . L o r s q u e l r o n c o n s i d è r e l e t e m p s d ' u t i l i s a t i o n d ' u n é q u i p e m e n t i n -d u s È r i e l o r d i n a i r e , l e t e m p s d ' e m p l o i r é e l d u m a t é r i e l e s t r é d u i t à 6 I d u t e m p s t o t a l d e f a b r i c a t i o n . f , a d i -minution des pertes de temps dans les systèmes de pro-d u c t i o n a p p a r a î t d o n c c o n r m e u n e p r e m i è r e n é c e s s i t é . A i n s i , 9 5 B d u s é j o u r d ' u n e p i è c e à I ' a t e l i e r r e p r é s e n t e u n t e m p s d r a t t e n t € ; s u r l e s 5 g d e s t e m p s d ' o c c u p a t i o n m a c h i n g s e u l s 3 0 t s o n t u t i l i s é s P o u r I ' u s i n a g e . C e -p e n d a n t , c ' e s t p r i n c i p a l e m e n t p e n d a n t I e t e m p s d ' u s i n a g e q u e I a p i è c e a c q u i e r t s a p l u s - v a l u e . L ' u t i l i s a t i o n d e s m a c h i n e s - o u t i l s à c o m m a n d e numérique a justement permis draugmenter cette propor-t i o n à 8 0 8 .

U n s y s t è m e d e f a b r i c a t i o n d e g r a n d e s é r i e , b i e n q u ' é t a n t s o u v e n t t r è s c o m p l i q u é d u p o i n t d e v u e

technologique, est relativement sj-mple à exploiter car 1 I p e u t ê t r e a s s i m i l é à u n p r o c e s s u s c o n t i n u e t a i n s i o p t i m a l i s é p a r r a p p o r t à s a f o n c t i o n s p é c i f i q u e à p e u près constante dans le temps. Par contrer url système d e f a b r i c a t i o n e n p e t i t e e t m o y e n n e s é r i e e s t c a r a c t é -r i s é p a r u n e v a r i é t é d e s i t u a t i o n s q u i n e s e r e n c o n t r e n t

p a s e n p r o d u c t i o n d e g r a n d e s é r i e . E l r e s s o n t l i é e s a u x m o -d i f i c a t i o n s d a n s l e t e m p s d e s p r o d u i t s à f a b r i q u e r , a i n s i r l u r à f i m p o r t a n c e d e s s é r i e s d e p i è c e s ; c'est-à-dire d e s I o t s e t r d e s d é I a i s c l e l i v r a i s o n . D a n s 1 a p h a s e d r é t u d e d ' u n s y s t è m e d e f a b r i -c a t i o n , i l f a u t e n p r e m i - e r r i e u d é f i n i r I e s o b j e c t i f s d e I a p r o d u c t i o n , c ' e s t - à - d i r e I a g a m m e d e s p r o d u i t s e t l e s l o t s à f a b r i q u e r _{p e n d a n t u n e p é r i o d e d o n n é e .} D a n s u n s y s t è m e d e f a b r i c a t i o n e n p e t i t e e t m o y e n n e s é r i e r o n f i x e d e s l i m i t e s s u p é r i e u r e s e t i n f é r i e u r e s aux conditions de fonctionnement de chaque composant d u s y s t è m e s u r I a b a s e d e s p r é v i s i o n s c o n c e r n a n t I a v a r i é t é d e s p r o d u i t s à f a b r i q u e r e t l e v o l u m e d e s l o t s . A i n s i , l r o p t i m j - s a t i o n e n p r o d u c t i o n e s t p a r -t i c u l i è r e m e n -t n é c e s s a i r e e n f a b r i c a t i o n p a r l o t s d e p e t i t e s s é r i e s _{i e r l e n r e s t p a s u n i q u e m e n t u n p r o b l è m e} d r o p t i m i s a t j - o n d e l r u s i n a g e p r o p r e m e n t d i t , m a i s a u s s i l a r e c h e r c h e d e 1 r é q u i l i b r e d e s d i f f é r e n t s t e m p s d e p r o d u c t i o n _{e n v u e d e m i n i m i s e r u n c r i t è r e g 1 o b a l .} c o n d u i t ni-veaux é c h e l l e s s o n t : L a c o m p l e x i t é d e c e p r o b l è m e d ' o ; o t i m i s a t i o n à d é f i n i r u n e s t r u c t u r e h i ê r a r c h i s é e à p l u s i e u r s d e d é c i s i o n c a r a c t é r i s é s p a r d e s f o n c t i o n s e t d e t e m p s d i f f é r e n t s l I I . 2 I ( F i g u r e I . I ) . P o u r I r a t e l i e r d e f a b r i c a t i o n , c e s f o n c t i o n s N l o t s d e t r a v a u x à r é a l i s e r s u r M m a c h i n e s - Chaque travail e s t c a r a c t é r i s é p a r u n e n s e m -b l e d r o p é r a t i o n s à e x é c u t e r d a n s u n o r d r e i m p o s é . C h a q u e o p é r a t j - o n n é c e s s i t e I ' u t i l i -s a t i o n d ' u n p o -s t e d e t r a v a j - l b i e n d é f i n i pendant un temps à déterminer.

U n e o p é r a t i o n n e p e u t ê t r e f r a c t i o n n é e D e u x o p é r a t i o n s n e p e u v e n t ê t r e e x é c u t é e s s i m u l t a n é m e n t s u r u n e m ê m e m a c h i n e .

C e s c a r a c t é r i s t i q u e s d é f i n i s s e n t I e m o d è l e c e n t r a l d ' u n e c e l l u l e d e p r o d u c t i o n .

COMMANDE DE PROCESSUS DE FABRICATION

r . 2

U n I e s v e c t e u r s p r o c é d é d e f a b r i c a t i o n e s t c a r a c t é r i s é p a r / r I \ r ' _{s u i - v a n t s :} V a r i a b l e s d t e n t r é e s v ( p i è c e s b r u t e s , c a r a c t é -r i s t i q u e s m é c a n i q u e s d u m a t é r i a u d e s p i ' è c e s , q u a n t i t é s d e p i è c e s , . . . . ) V a r i a b l e s d ' a c t i o n s u ( c o n d i t i o n s d ' u s i n a g e ' a l i m e n t a t i o n d " " * . " f r i n e s e n p i - è c e s , . . . ) V a r i a b l e s d ' é t a t s X e t p a r a m è t r e s f l U u i d é f i -n i s s e -n t l e s y s t è m e d ' é q u a t i o n s d i f f é r e n t i e l l e s r e p r é s e n t a n t I e p r o c e s s u s . - Spécifications d u p r o d u i t à f a b r i q u e r . L e s s p é c i f i c a t i o n s o b s e r v a b l e s Y d u p r o d u i t c o r -r e s p o n d e n t à d e s f o n c t i o n s d e c e r t a i n e s c o m p o s a n t e s d " ë . D e s v a r i a b l e s a l é a t o i r " = , Y "a l, p e u v e n t p e r t u r b e r I e p r o c e s s u s d e f a b r i c a t i o n e t l e s m e s u r e s d e s c a p t e u r s d e c o n t r ô I e d e p r o d u c t i o n ( f i g u r e I . 2 1 .

Le but de Ia conduite du procédé de fabrication e s t d e d é t e r m i n e r u n e l o i d e c o m m a n d e u t e l l e q u e I ' é t a t d u système change dans un temps le plus court possible et que I a s o r t i e Y s o i t l a p l u s p r o c h e d e s s p é c i f i c a t i o n s z .

f u ^ /

z

(1) Nous différencierons une gnant cette dernière Pat

grandeur scalaire d'une mattice en souJi-7 e s i g n e " t i 7 d a 1 1 t .

P L a n i f i c a t i o n d e s a c h a t s O r d o n n a n c e m e n t _{à m o g e n} t e t m e O r d o n n a n c e m e n t . d é t a i i I é D i s p o n i b i T i t é s M o g e n s G a m m e s c o u l t t e t m e M a t i è r e p r e m i è r e P r o d u i t s f i n i s S p é c i f i c a t i o n s

{ *l'"

S t r u c t u r e d ' u n s g s t è n e d e f a b r i c a t i o n F I G U R E I . I S g s t è m e d e c o m m a n d e Processus de fabrication F I G U R E 1 . 2 C o n d u i t e d e f a b r i c a t i o n P r o c e s s u s d e f a b r i c a t i o n C a p t e u t s

L e s é q u a t i o n s d ' é t a t r é g i s s a n t l ' é v o l u t i o n du procédé sont : t u t u î J L e s Y s t è m e e s t explicitement du temPs :

( 2 )

i

= p ( x ,

t u t u t u

invariant si F ne déPend Pas

I l e s t s t o c h a s t i q u e s ' i l f a i t i n t e r v e n i r d e s v a r i a b l e s a l é a t o i r e s d é f i n i e s p a r l e u r s p r o p r i é -t é s s -t a -t i s -t i q u e s .

Si les équations se résument à un système a l g é b r i q u e , I e s y s t è m e e s t d i t s t a t i q u e :

( 3 )

= _{F ( X , a , u , v r v )} t u t u t u t u t u t u

= c ( X )

t u t u

( i

= F ( x , a , u ; v r v , t )

(r) _{ t tu tu tu tu tu tu tu

( v = G ( x )

E, H, T, {)

( o

l"

Le processus _{de fabricatl_on est complètement} c o m m a n d a b r e s i , q u e r q u e s o i t rrinstant i n i t i a l t o e t I r é t a t i n i t i a l X ( t o ) , l e t r a n s f e r t _{d e X ( t o ) à X ( t ) s e} fait en un temps fini avec une énergietuni nutl3, ni i n f i n i e .

( 4 )

_{e = z}

_Y

f u ^ e f u

11 est fréquemment imposé aux états et aux commandes de vérifier :

- Des contrai-ntes inÈÈantanées

t ) < o pour çlue lénergiJdép.ensê ou tout minimi-sé :

(s

₎

_çri

(1,

e t D e s c o n t r a i n t e s g l o b a l e s t f

( 6 ) /

- e " ( 9 ,

_{B ,}

t , ) d t < o

to a f i n d e r e s p e c t e r l e s c a r a c t é r i s t i q u e s d u p r o c é d é . a u t r e c r i t è r e J s o i t o ù t - e s t f i n s -_r tant final avec t - > t_{r o} technologiques

u ,

L a f o n c t i o n - c o t t J t i e n t S , ( ç ) , d u c o û t d ' a p p l i c a t i o n d e I a f r a i s . w t e l s q u e I r a m o r t i s s e m e n t tu s a l a i r e s _{e t c : S 3 ( r y ) . A i n s i ,} u par Ia minimisation de 3 c o m p t e d e I r e r r e u r commande g^ (u) et de- Z - ^ ) d e s m a c h i n e s , l e s sera déterminée

( 7 ) J - t'jtsr(^?) * ez(,Ïl) * e3(wXdt

+ n ï o , r o , l t , . e

)

to r e s p e c t a n t ( 5 ) e t ( 6 ) o ù d e s c o n d i t i o n s i n i t i a l e s n e s o n t p a s i m p o s é e s .

h est une fonction dépendant e t f i n a l e s l o r s q u e c e l l e s - c i

Selon le procédé de fabrication et le niveau d ' a n a l y s e c o n s i d ê r ê , t r o i s t y p e s d e p r o c e s s u s s o n t à e n -v i s a g e r .

a) - Processus de fabrication continue

L a p r i n c j - p a l e c a r a c t é r i s t i q u e d e s p r o c e s s u s d e f a b r i c a t i o n c o n t i n u e e s t q u e l e m a t é r i a u b r u t e t l e s p r o -duits finis sont constamment introduits et sortis du pro-c e s s u s . A i n s i , à 1 r é c h e l l e m a c r o s c o p i q u e , d a n s l e d o m a i n e d e l a m é c a n i q u e r u n a t e l i e r d e f a b r i c a t i o n d e g r a n d e s s é -r i e s p e u t ê t r e a s s i m i l é à u n p r o c e s s u s c o n t i n u . C o m m e le s s p é c i f i c a t i o n s d e s p r o d u i t s s o n t b i e n d é f i n i e s , l e p r o c e s s u s e s t i n v a r i a n t e t o p è r e r ê n I ' a b s e n -c e d e p e r t u r b a t i o n r € r l r é g i m e s t a t i q u e . D e p l u s , s i I ' i n s -t a l l a -t i o n p e u t ê t r e r e p r é s e n t é e p a r u n c h a î n a g e d e d i f f é -r e n t e s s e c t i o n s , I a m i s e e n é q u a t i o n d u s y s t è m e s e r a s i m p l e .

b ) - P 4o qqs q q e 4e _!ZPft"_Z!i_o_2

_pe!_g

ge gi : I e !

M i s â p a r t l e s r a f f i n e r i e s e t l e s i n s t a l l a t i o n s d e I ' i n d u s t r i e c h i m j . q u e , p ê u d e p r o c e s s u s c o n t i n u s f o n c -t i o n n e n -t e n r é g i m e s t a t i q u e . D a n s d r a u t r e s i n d u s t r i e s , t e l -I e s q u e r e s f a b r i q u e s d e p a p i e r , d ê v e r r e , d ' a c l e r , d e t e x t i l e , d e m é c a n i q u e g é n é r a l e , l r i n s t a l l a t i o n d e p r o d u c t i o r r travaille Ia plupart du t.emps à spécificatiors constantes mais selon Ia demande. Des changements de consignes peu-v e n t a r r i peu-v e r p l u s i e u r s f o i s p a r j o u r . D a n s c e s c o n d j - t i o n s ,

les gains sont à réaliser non seulement dans la commande des régimes stationnaires mais également par

Iroptimisa-t l o n d e s r é g i m e s Iroptimisa-t r a n s i Iroptimisa-t o j " r e s a f i n d e m i n i m i s e r l e s d é c h e t s . N o u s d e v o n s d o n c , d a n s c e c a s , u t i l i s e r l e m o d è l e ( I ) a v e c

Ie temps comme variable indépendante, où les paramètres du processus sont constants pour chaque lot.

C ' e s t I e c a s d e I a f a b r i c a t i o n , _{d a n s u n a t e _} l i e r c o n v e n t i o n n e l , d e p e t i t e s _{s é r i e s r é p é t i t i v e s d e} p i è c e s . _{L e s g a i n s l e s p l u s importants s o n t à r é a r i s e r} en diminuant _{les temps de changements des régimes} sta-t i o n n a i r e s _{( t e m p s de régrage des machines, de transport} e t d e f i x a t i o n _{d e s p i è c e s , . . . . . ) .}

A v a n t d e décrire, dans Ies chapitres suivants,

la structure

_{gue nous proposons, nous résumons les buts}

q u e nous avons poursuivis et les études effectuées.

I . 3 - C H O T X D I U N E PROBLEMATIOUE

D a n s c e t t e _{é t u d e , n o u s c o n s i d é r o n s ra} trans-formation _{de lots de pièces mécaniques par usinage dans} u n a t e l i e r d e f a b r i c a t i o n _{é q u i p é d e m a c h i n e s - o u t i l s à} commande numérique travaillant _{par enrèvement de copeaux.} c e t a t e l i e r _{e s t c o m p o s é d e c e l r u l e s o u î l o t s d e p r o d u c} -tion spécifiques _{à la fabrication complète d.,une garnme} o u f a m i r l e d e p i è c e s . _{L e s m a c h i n e s - o u t i l s s o n t d i s p o s é e s} e n l i g n e d a n s l r o r d r e d t e x é c u t i o n _{d e s p h a s e s d r u s i n a g e} a f i n d e r e n d r e m i n i m a les temps de transfert d e s p i è c e s . N o u s s o m m e s a i n s i _{e n p r é s e n c e d ' u n p r o c e s s u s de} fabrica-t i o n p a r q u a s i - l o fabrica-t s .

Le probrème est de déterminer _{res lois de} com-mandes pour chaque machine-outir telres que les régimes s t a t i o n n a i r e s _{e t t r a n s i t o i r e s r e n d e n t e x t r e m u m r e} cri-t è r e g r o b a l J f o n c cri-t l o n _{d e s c o û t s e t d e s t e m p s de} fabri-c a t i o n . d I a u t r e s

p r o c e s s u s

chap j-tre,

A p r è s a v o i r p r é s e n t é les résultats o b t e n u s p a r chercheurs _{en automatisation et opti-misation du}

d r u s i n a g e , n o u s d é f i n i s s o n s , d a n s l e d e u x i è m e I e s t r a n s f e r t s d e s i n f o r m a t i o n s d a n s u n î l o t d e

f a b r i c a t i o n . P u i s , p o u r u n e m a c h i n e - o u t i 1 , n o u s d é c o m -posons Ia commande en niveaux fonctionnels : régulation, o p t i m i s a t i o n , a d a p t a t i o n , t a n d i s q u ' u n n i v e a u d e c o o r d i -n a t i o -n a s s u r e 1 ' o p t i m i s a t i o -n d u c r i t è r e g l o b a l -L e n i v e a u a d a p t a t i o n e s t é t u d i é d a n s I e c h a p i -t r e I I I o ù d e u x a p p r o c h e s s o n t p r o p o s é e s . D ' u n e p a r t , I ' i n t e r r o g a t i o n d i r e c t e , _{P â r t e p r é p a r a t e u r} d u b u r e a u d e s m é t h o d e s , d ' u n e b a n q u e d e d o n n é e s d o n t I e l o g i c i e l d ' e x -p l o i t a t i o n e s t d é c r i t d a n s I ' a n n e x e 5 e t d ' a u t r e p a r t , I I a n a l y s e d i s c r i m i n a n t e t y p o l o g i q u e s o u s c o n t r a i n t e s d e modèIes basée sur la méthode de nuées dynamiques de clas-s i f i c a t i o n a u t o m a t i q u e . L e s c o n t r a i n t e s d u e s à I ' i d e n t l f i -c a t i o n d e m o d è l e s s o n t t r a i t é e s p a r p é n a l i s a t i o n s d u c r i -t è r e l i é à c e t t e m é t h o d e . D e s r é s u l t a t s p o r t a n t s u r l e c h o i x d e I a s t r u c t u r e d e m o d è I e r e p r é s e n t a n t l a d u r é e d e v i e d ' o u t i l a i n s i q u e s u r I a r e c o n n a i s s a n c e d e l o i s d ' e f -f o r t s d e c o u p e , i l l u s t r e n t l e s p o s s i b i l i t é s d e c e s d e u x a p p r o c h e s .

Les paramètres des lois de coupe du niveau op-t i m i s a op-t i o n é t a n t a i n s i d é t e r m i n é s r d a n s I e c h a p i t r e I V n o u s d é f i n i s s o n s d e s m o d è l e s d e r e p r é s e n t a t i o n d u p r o c e s s u s d ' u s i n a g e p o u r d e s o p é r a t i o n s d e t o u r n a g e e t d e p e r ç a g e a i n s i q u e l e s d i f f é r e n t s i n d i c e s d e p e r f o r m a n c e s u t i l i s é s d a n s I ' i n d u s t r i e . L a f i n d u c h a p i t r e e s t c o n s a c r é e a u c a l c u l d e s c o n d i t i o n s d e c o u p e p o u r I ' u s i n a g e d e p i è c e s m é c a n i q u e s . D a n s I e c h a p i t r e V n o u s é t u d i o n s l e n i v e a u d e c o o r d i n a t i o n c o n d u i s a n t à u n e o p t i m i s a t i o n d e l ' î I o t e t nous illustrons par un exemple Ia commande de trois ma-c h i n e s - o u t i l s .

L r a u t o m a t i s a b i o n d e c e s d i f f é r e n t s n i v e a u x c o r -r e s p o n d à d e s t â c h e s p -r é c i s e s d u b u r e a u d e s m é t h o d e s . A u Ê -s i , I e s r é s u l t a t s d e l ' é t u d e p e u v e n t ê t r e u t i l i s é s r ê f i

logiciels ont êLê écrj-ts en FORTRAN IV standard et sont u t i l i s é s s u r m i n i - o r d i n a t e u r . L e s m é t h o d e s d ' a n a l y s e e t d e c a l c u l d e l a c o m m a n -d e o p t i m a l e é t u d i é e s d a n s l e c a s p a r t i c u l i e r d e I ' u s i n a g e p a r o u t i l s c o u p a n t s s o n t e n f a i t t r è s g é n é r a 1 e s e t a p p l i -c a b l e s à d r a u t r e s d o m a i n e s d e p r o d u c t i o n t e l s q u e : I a f a b r i c a t i o n p a r m a c h i n e à b o i s , I ' u s l n a g e é l e c t r o c h i m i -g u ê , e t c . D a n s l r a n n e x e 4 , n o u s p r é s e n t o n s d e s a p p l i c a t i o n s d e l r a n a l y s e d i s c r i m i n a n t e t y p o l o g i q u e s o u s c o n t r a i n t e s a u x p r o b l è m e s d e r é g r e s s i o n o u d e d i s c r i m i n a t i o n t y p o l o -g i q u e s . L a b i b l i o g r a p h i e e s t r e g r o u p é e e n d e u x thèmes : l e s r é f é r e n c e s f s e r a p p o r t e n t a u x p u b l i -c a t i o n s à c a r a c t è r e s e s s e n t i e l l e m e n t m a -thématiques concernant principalement

1 ' a n a l y s e d e d o n n é e s .

l e s r é f é r e n c e s I I s e r a p p o r t e n t a u x p u -b l i c a t i o n s r e l a t i v e s à l r a u t o m a t i s a t i o n e n f a b r i c a t i o n m é c a n i q u e .

C H A P I T R E II

D E F I N I T I O N D I U N E S T R U C T U R E H I E R A R C H I Q U E D I O P T I M I S A T I O N D U P R O C E S S U S D I U S I N A G E

C H A P I T R E

D E F I N I T I O N D ' U N E S T R U C T U R E H I E R A R C H I Q U E D I O P T I M I -S A T I O N D U P R O C E -S -S U -S D I U S I N A G E

I I . I - O P T I I 4 I S A T I O N E N F A B R I C A T I O N M E C A N I Q U E DE PETITE SERIE : ETUDES ET REALISATIONS ANTERIEURES I I . 1 . t G é n é r a l i t é s L ' o b j e c t i f d e l a c o m m a n d e d u p r o c e s s u s d r u s i -n a g e e s t d e d é t e r m i -n e r u n e s t r a t é g i e t e l l e q u e p a r t a n t d r u n e p i è c e b r u t e , l r u s i n a g e c o n d u i s e à u n e p i è c e d e f o r m e s d é s i r é e s a v e c l e s t o l é r a n c e s e t q u a l i t é s d e s u r -face demandées, un prix de revient minimum et un rythme de production maximum.

Le nombre de paramètres intervenant dans la r é a l i s a t i o n d r u n e p i è c e e s t t r è s i m p o r t a n t . o n p e u t I e s r a t t a c h e r à p l u s i e u r s d o m a i n e s : I a m a c h i n e - o u t i } , t a p l è c e , l e s o u t i l s . I I e s t i n t é r e s s a n t d e d é f i n i r u n e c l a s s i f i c a -t i o n r e p r é s e n t a n t l e s d i f f ê r e n t s n i v e a u x d e r é a l i s a t i o n q u i i n t e r v i e n n e n t d a n s I a f a b r i c a t i o n d r u n e p i è c e : I v i v e a u

_{9 e e = ! ! o - 2}

I I

I t r e c o u v r e l a m i s e e n o e u v r e d t u n c é d ê d r u s i n a g e s u r u n e m a c h i n e . P a r e x e m p l e :

Iongitudinale en tournage ou Perçage de trous d i a m è t r e .

seul

pro-f i n i t i o n

de même

1 1

N i v e a u

p-!229

I I r e g r o u p e 1 ' e n s e m b l e d e s o p é r a t i o n s e x é c u -tées sur une même machine-outil pour une pièce donnée. Par exemple : centrage - perçage taraudage.

N i v e a u

_{s_zlye_}

1 1 c o r r e s p o n d à I ' e n s e m b l e d e s o p é r a t i o n s à exécuter pour transformer une pièce brute en pièce f i n i e . I 1 r è g r o u p e d o n c l e s p h a s e s d e f a b r i c a t i o n d ' u n e p i è c e s u r l e s d i f f é r e n t e s m a c h i n e s - o u t i l s .

N i v e a u o r d o n n a n c e m e n t

I1 prend en compte les délais de fabrication, l e s " e n c o u r s " , l a g e s t i o n d u p e r s o n n e l e t d e s m a c h i n e s . C e n i v e a u p r é c i s a n t l r a s p e c t t e m p o r e l d u d é r o u l e m e n t d e s s é q u e n c e s d r u s i n a g e e s t c o m p l é m e n t a i r e à I a g a m m e .

A p r è s a v o i r d é f i n i l e s p h é n o m è n e s m i s e n j e u dans Ie processus de coupe des métaux, nous présentons

l e s é t u d e s e t r ê a l i s a t i o n s a n t é r i e u r e s e f f e c t u é e s p o u r chacun de ces niveaux.

I I . I . 2 - Etude analytique d u p r o c e s s u s d e c o u p e

L a s é p a r a t i o n d u m é t a l d e I a p i è c e l o r s d u d é p l a c e m e n t d e I ' o u t i l p a r r a p p o r t à l a s u r f a c e u s i - n é e , conduit aux travaux de forces de cisaillement, de frot-t e m e n frot-t e frot-t d ' é c r o u i s s a g e s u p e r f i c i e l . C e s t r a v a u x s o n t presque totalement transformés en chaleur qui se répartit e n q u a n t i t é s v a r i a b l e s d a n s I e c o P e a u , d a n s I ' o u t i l e t l a p i è c e , s e l o n l e s v i t e s s e s d e c o u p e s ê t , é g a l e m e n t , s u i v a n t I e s c h a l e u r s s p é c i f i q u e s e t l e s c o n d u c t i b i l i t é s t h e r m i q u e s d e s m a t é r i a u x c o n s t i t u a n t l a p i è c e e t I ' o u t i l ( F i g u r e I I . 2 l

V i t e s s e d e coupe Z o n e d e s é p a r a t i o n d u m é t a l e n d e u x R e f o u l e m e n t d e l a m a t i è r e E c r o u i s s a g e s u r f a c e d e I a p i è c e b r u t e p r o f o n d e u r d e p a s s e Z o n e m e n t d e c i s a i l l e m e n t ( g l i s s e -; o l a s t i q u e )' //- vague s f r o t t e m e n t s u r I a f a c e e n d é p o u i l l e C O P E A U f r o t t e m e n t s u r l a f a c e d ' a t t a -q u e O U T I L s u r f a c e u s i n é e

Iûécanisme de 7a coupe des métaux

F I G U R E I I . I

L ' a n a l y s e d u m é c a n i s m e d e l a c o u p e m o n t r e f i m -portance des phénomènes de déformation plastique au sein d u m a t é r i a u u s i n é , m a i s a u s s i c e l l e d e s p h é n o m è n e s i n t e r -f a c i a u x q u i d é t e r m i n e n t l e s a c t i o n s r é c i p r o q u e s d e I ' o u t i l s u r l e c o p e a u e t I a s u r f a c e d e l a p i è c e e t v i c e - v e r s a .

Si les théories élémentaires de ERNST et l{ER-C H A N T t I I . 6 6 l p r e n n e n t s e u l e m e n t e n c o m p t e l e s a c t i o n s d e s f r o t t e m e n t s s u r l a f a c e d e c o u p e , 1 e s m o d è l e s p l u s é l a b o r é s t e l q u e c e l u i d e A L B R E C H T tI I . 6 6 l m e t t e n t e n é v l d e n c e I ' i m p o r t a n c e d e s f o r c e s d e f r o t t e m e n t e t d e r e -f o u l e m e n t a u n i v e a u d e I ' a r r o n d i d u b e c d e l ' o u t i l . D ' a u -t r e p a r -t , I ' a n a l y s e d e s d é f o r m a t i o n s a u s e i n d u m a t é r i a u , m o n t r e q u e l e s p h é n o m è n e s à I ' i n t e r f a c e c o p e a u - o u t i l n e s e l i m i t e n t p a s à u n e a c t i o n d e f r o t t e m e n t c l a s s i q u e , m a i s f o n t i n t e r v e n i r d e s g l i s s e m e n t s a u s e i n m ê m e d u m a t é r j - a u

r 3

u s l n é . C e s g l i s s e m e n t s s o n t p a r t j - c u l i è r e m e n t f a v o r i s é s p a r d e s p h é n o m è n e s i n s t a b l e s d e p l a s t i f i c a t i o n a d i a b a t i -q u e t I I . 6 7 . . 1 re s p o n s a b l e s d e s e f f e t s d e v a g u e s p é r j - o d i -q u e s s u r l a s u r f a c e e x t e r n e d u c o p e a u t I I . 6 8 l . L r u s u r e d e 1 ' o u t i I d é c o u l e d e s s o l l i c i t a t i o n s t r è s s é v è r e s q u e s u b i t I e t r a n c h a n t a u c o n t a c t d e I a p i è -c e . C e l l e s - -c j - s o n t d e n a t u r e m é c a n i q u e ( c o n t r a i n t e s s t a -t i q u e s e t d y n a m i q u e s , f r o t t e m e n t ) c e q u i e x i g e p o u r I ' o u t i l d e s q u a l i t é s d e d u r e t é r e m a r q u a b l e s . L ' i m p o r t a n c e d e c e s s o l l - i c i t a t j - o n s s e t r o u v e a c c e n t u é e p a r d e s e f f e t s t h e r m i -q u e s i n t e n s e s d o n n a n t n a i s s a n c e à d e s p h é n o m è n e s p h y s i c o -c h i m i q u e s q u i a g g r a v e n t I ' u s u r e d e I r o u t i l p a r d i f f u s i o n d e s é I é m e n t s d u r s d e I ' o u t i l v e r s 1 e c o p e a u t I I . I 5 l . M a l g r é d e n o m b r e u s e s r e c h e r c h e s e f f e c t u é e s e n particulier dans 1e cadre du groupe "coupe des métaux"

/ r \

d u C I R P \ " , a u c u n d e s m o d è I e s a n a l y È j q u e s p r o p o s é s a c t u e l -lement ne peut prédire le comportement du matériau de la p i è c e e t d e l r o u t i l d u r a n t l r u s i n a g e s a u f d a n s d e s c a s e x t r ê m e s o u t r i v i a u x . A u s s i r o n c o n s i d è r e r a l e m é c a n i s m e de la coupe cofirme un processus stochastique et on cher-chera à déterminer sj-mplement des lois expérimentales.

I I . 1 . 3 - Détermination d e s c o n d i t i o n s d e c o u p e p o u r u n e o p é r a t i o n

D e p u i s t r è s l o n g t e m p s , d e s é t u d e s o n t é t é f a i -tes pour rechercher des conditions de coupe adaptées à c h a q u e o p é r a t i o n d ' u s i n a g e e t d e l e s c o n s i g n e r d a n s d e s m a n u e l s . L r u n d e c e s r e c u e l l s d e d o n n é e s l e s p l u s c o n -n u s e s t I e M a c h i -n i -n g D a t a H a -n d b o o k é d i t é p a r M E T C U T lT T . 2 9 l , p l u s r é c e m m e n t r l e C e n t r e T e c h n l q u e d e s I n d u s t r i e s M é c a n i -q u e s a é d i t é p l u s i e u r s m a n u e l s c o n c e r n a n t I e t o u r n a g e e t l e f r a i s a g e . A f i n d e n e p a s a l o u r d i r l a r e c h e r c h e d ' u n c a s , c e s m a n u e l s n e p r e n n e n t e n c o m p t e q u r u n f a i b l e n o m -b r e d e p a r a m è t r e s .

L e s b a n q u e s d e d o n n é e s a u t o m a t i s é e s u t i l i s a n t d e s c o n s o l e s d r i n t e r r o g a t i o n _{n e s o n t a p p a r u e s q u e t r è s} r é c e m m e n t . E l l e s s e j u s t i f i e n t p o u r l e s r a i s o n s s u i v a n t e s

prise en charge de nombreux paramètres même m a l i n t e r p r é t é s a c t u e l l e m e n t , m a i s d o n t I a s i g n i f i c a t i o n p o u r r a i t ê t r e u l t é r i e u r e m e n t e x p l i q u é e .

- mise à jour et correction p e r m a n e n t e

T r a i t e m e n t d e c e s d o n n é e s s u i v a n t l e s a p p l i c a -t i o n s e n v i s a g é e s .

L a p l u p a r t d e s p a y s i n d u s t r i a l i s é s t r a v a i l l e n t à l-a mise au point de ces banques centrales de données t e c h n o l o g i q u e s I I f . 3 0 ] t f f . 3 f l . L a c o l l e c t e d e s d o n n é e s e s t r é a l i s é e s o j - t à p a r t i r d e r é s u l t a t s d ' e x p é r i e n c e s d e l a b o r a t o i r e ( R . F . A . , J a p o n ) s o i t à p a r t i r d ' i n f o r m a t i o n s r e c u e i l l i e s d a n s l e s e n t r e p r i s e s ( r r a n c e ) . D e s b a n q u e s p a r t i c u l i è r e s ( m i n i - b a n q u e s ) i s s u e s d e l a b a n q u e c e n t r a l e s o n t c r é à s p o u r d e s a p p l i c a t i o n s s p é c i f i q u e s . E l l e s s o n t a i n s i p e u v o l u -m i n e u s e s , é c o n o -m i q u e s e t c o -m p a t i b l e s a v e c l e s m o y e n s d e t r a i t e m e n t d e l a m i n i - i n f o r m a t i q u e u t i l i s é s d a n s l e s a t e l i e r s .

En France, une banque de données technolo-g i q u e s , g u ê n o u s p r é s e n t o n s e n A n n e x e 5 , a é t é d é v e -l o p p é e p a r n o s s o i n s s o u s I ' é g i d e d e I ' A g e n c e N a t i o -nale pour le Développement de Ia Production Automati-s é e ( e . o . E . P . A . ) .

L r i n t e r r o g a t i o n d j r e c t e d ' u n e b a n q u e d e d o n -nées fournj-t au plus que les valeurs moyennes des

v a r i a b l e s d e c o u p e . P o u r o p t i m i s e r c e l l e s - c i , i l f a u t u t i l i s e r u n c r i t è r e e t u n m o d è l e , l e s c a l c u l s s e f a i -s a n t a . p r i o r i o u e n t e m p s r é e l .

I 5

a ) - S i m u T a t i o n

- M o d è I e s d ! u s i n a q e

De nombreux auteurs ont proposê des modèIes statiques r e p r é s e n t a n t l e p r o c e s s u s d ' u s i n a g e . T o u s c e s m o d è I e s s o n t b a s é s s u r l a l o i d e d u r é e d e v i e d ' o u t i l ( T a y l o r , D e p y e r e u x , K o e n i g , C o l d i n g ) t I I . 3 2 l . L a p l u p a r t d e s a u t e u r s o n t c o n s i d é r é q u e l e s v a r i a b l e s d ' a c t i o n s , v i -t e s s e d e c o u p e V , v i -t e s s e d ' a v a n c e S , p r o f o n d e u r d e p a s s e A , é t a i e n t i n d é p e n d a n t e s . A i n s i , I a d u r é e d e v i e d e l r o u t i l n e d é p e n d q u e d e I a v i t e s s e d e c o u p e , I ' a v a n c e d e 1 ' é t a t d e s u r f a c e , I a p u i s s a n c e d e l a p r o -f o n d e u r . D e p l u s , i l s n e t i e n n e n t p a s c o m p t e d e s c o n -t r a i n -t e s m é c a n i q u e s s u r 1 r o u t i l , l a m a c h i n e - o u t i l , l a p i è c e t I I . 3 3 l t I r . 3 4 1 t I I . 3 g 1 t I I . 4 1 l t I I . 4 3 l l I I . 4 4 l

t r r . 5 r l .

P I u s r é c e m m e n t , c e s c o n t r a i n t e s o n t ê L ê p r i s e s e n c o n s i d é r a t i o n I I I . 3 5 ] t I I . 3 7 l t I I . 4 2 l

t r r . 4 6 1 t r r . 4 9 1

.

D I a u t r e s a u t e u r s o n t r e c h e r c h é une solution d a n s l r e s p a c e V x A x S t I I . 3 9 1 l t l . 2 z l t I I . 2 3 ) . P a r a i l l e u r s , l e s m o d è I e s s o n t c o n s i d é r é s c o m m e d é t e r m i n i s t e s . L e s a u t e u r s a y a n t i n t r o d u i t I ' a s p e c t s t o c h a s t i q u e d u p r o c e s s u s d e c o u p e d a n s d e s c a s s i m p l e s s - o n t p e u n o m b r e u x t I I . 5 2 l t I I . 5 6 I . E n f i n ' i n d i q u o n s que IAV,TIATA a envisagé Ie cas général avec des contraintes n o n l i n é a i r e s I I I . 5 5 ] .

C r i t è r e s

Un modèle mathémati;ue du processus d'usinage étant en-v i s a g é ' i I f a u t c h o i s i r u n e f o n c t i o n n e r l e q u e 1 ' o n c h e r

-chera à rendre extréma . Les critères retenus pour o p t i m i s e r u n e o p é r a t i o n d t u s i n a g e s o n t :

- Production maxima H I . O n r e c h e r c h e d a n s c e c a s l e minimum du temps de production.

C o û t m i n i m u m H r . O n c h e r c h e i c j - à m i n i m i s e r I e c o û t d e 1 a p r o d u c t i o n .

T a u x d e p r o f i t H 3 . S i R e s t 1 a v a l e u r a j o u t é e à l a p i è c e d u e à u n e o p é r a t i o n d ' u s i n a g e a l o r s l e s c o n -ditions de coupe seront celles rendant maximum la f o n c t i o n : R - H 2 H ? = - H l I 1 p e u t ê t r e i n t é r e s s a n t d e c o m b i n e r l e s c r i -t è r e s H Z e -t H , e n i n -t r o d u i s a n -t u n f a c t e u r d e p r o d u c t i -v i t é p I I I . 2 2 ] .

R - H z

H 4 =

* r , "

L e s p e r f o r m a n c e s d e s d i f f é r e n t s m o d è l e s d r o p t i m i s a t i o n d é p e n d e n t d e l e u r c o m p l e x i t é e t d e s v a l e u r s d r i n i t i a l i s a t i o n . L ' e f f i c a c i t é d a n s l r i n d u s -t r i e d ' u n m o d è I e e s t f o n c t i o n d u r a p p o r t f i a b i l i t é d e s r é s u l t a t s s u r I e c o û t d r o b t e n t i o n d e c e s r é s u l t a t s . I1 y a donc lieu de rechercher un compromis entre Ia c o m p l e x i t é e t l e c o û t d e c a l c u l .

b) - 9eryzt4e.-?qzq!?!LYe

t a g r a n d e d i s p e r s i o n d e s p a r a m è t r e s r e l e v é s e n p r o d u c t i o n m é c a n i q u e d u e à I a n a t u r e s t o c h a s t i q u e d u p r o c e s s u s d e c o u p e , a c o n d u i t à l a c o n c e p t i o n d e machines-outils à commande numérique capables de mo-d i f i e r e n t e m p s r é e l d e s v a r i a b l e s d r a c t i o n e n f o n c -t i o n d e v a l e u r s p r i s e s p a r c e r t a i n e s g r a n d e u r s m e s u -r é e s . L o -r s d e l a m o d i f i c a t i o n d e l a l o i d e c o m m a n d . e , 1 1 n ' e s t p a s t e n u c o m p t e d e l r a s p e c t d y n a m i q u e d u c h a n g e m e n t d e r é g i m e . A u s s i I ' o n n e s ' i n t é r e s s e q u ' à o p t i m j - s e r d i f f é r e n t e s v a l e u r s d e c o n s i g n e .

T 7

Le vocable machine à commande ad.aptative recouvre en fait deux systèmes distincts :

commande adaptative par contrainte (ACC)

commande adapt.ative par optimisation (aCO)

Chacune de ces commandes peut avoir pour but d e c o n t r ô l e r l e s g r a n d e u r s t e c h n o l o g j - q u e s d ' u n e p a r t ,

I I I . 5 7 ] , t I I . 5 8 l t I I . 5 9 l t I I . 6 0 l t I I . 6 r l o u d e r e s p e c t e r l e s t o l é r a n c e s g é o m é t r i q u e s d e l a p i è c e , d ' a u t r e p a r t l f i . 6 2 1 t r r . 6 3 l t r r . 6 4 l .

Si pour les machines ACC on se limite à ne sur-veil-Ier que certaines grandeurs physiques ne dépassent

p a s d e s b o r n e s p r é d é t e r m i n é e s , p o u r l e s m a c h i n e s A C o ' l a d i f f i c u l t é e s t d e d é f i n i r u n i n d i c e d e p e r f o r m a n c e i n s t a n t a n é r e l i é à l r u n d e s c r i t è r e s H , , H . o u H . . L e s

| z 5

facteurs les plus courafltment utilisés pour Ie choix d ' u n i n d j - c e d e p e r f o r m a n c e s o n t t I I . 6 5 J :

T a u x d ' e n I è v e m e n t d e m é t a 1 T a u x d r u s u r e d e l r o u t i l

- Puissance effective d e c o u p e - Energie et couple à 1a broche.

Si les premières machines à commande adapta-t i v e é adapta-t a i e n adapta-t d u t y p e A C O t l I 5 7 l t I I 5 B I I I I 5 9 ] , l e s g a i n s d e p r o d u c t i o n r é s u l t a n t s n e j u s t i f i a i e n t p a s I ' e m p l o i d e s y s t è m e s a u s s i c o m p l i q u é s , d o n c c o t t e u x . A u s s i , p l u s r é c e m m e n t , l e s c o n s t r u c t e u r s o n t c o m m e r c i a

-l i s é d e s m a c h i n e s t r a v a i l l a n t a u x l i m i t e s d e c o n t r a i n t e s prédét.erminées ou plus simplement des machines dépla-ç a n t e n v i t e s s e r a p i d e I ' o u t i l l o r s q u e c e l u i - c i n ' e s t p a s e n g a g é d a n s I a m a t i è r e .

La commande adaptative ne se déveloPpe que l e n t e m e n t e n r a i s o n d e l a d i f f i c u l t é d e d i s p o s e r d e c a p t e u r s d e m e s u r e f i a b l e s . C e p e n d a n t , l r a p p a r i t i o n d ' a t e l i e r à s y s t è m e i n t é g r é d e f a b r i c a t i o n , é l i m i n a n t t o u t e s u r v e i l l a n c e h u m a i n e , i m 5 r o s e r a I ' u t i l i s a t l o n d e t e l l e s m a c h i n e s t r a v a L l l a n t e n b o u c l e f e r m é e s u r I ' u s i n a g e .

I I . I . 4 - Au_tomatisation des conditions d e c o u p e a u n j -veau de la phase

L r a u t o m a t i s a t i o n d e s p h a s e s d ' u s i n a g e a é t é f a i t e d a n s I e c a d r e d r e x t a n s i o n d e s l a n g a g e s d e p r o

-grammation automatique des machines-outils à commande

n u m é r i q u e . I I s ' a g i t d e f a c i l i t e r l a t â c h e d u p r o g r a m -m e u r d u b u r e a u d e s -m é t h o d e s q u i n ' a p l u s à p r e n d r e e n compte gu'un nombre restreint de données (langages : A P T - A U T O S P O T P R O T O U R ) t T T . 7 ] . A i n s i , l e p r o g r a m m e u r c o n n a i s s a n t l a m a c h i n e -o u t i l e t l a p i è c e d é f i n i t : I a g é o m é t r i e d e l a p i è c e l e s p o s i t i o n s d e l r u s i n a g e I e s t o l é r a n c e s s u r c e s p o s i t i o n s l e s t o l é r a n c e s s u r l ' u s i n a g e I e s é t a t s d e s u r f a c e . L e l o g i c i e l d é t e r m i n e a l o r s 3 l a f i x a t i o n d e l a l e s o u t i l s l e s t r a j e c t o i r e s l e s c o n d i t i o n s d e p i è c e d ' o u t i 1 c o u p e .

r 9

Le calcul automatique q u e s n é c e s s i t e l r u t i l i s a t i o n d e e f f e c t u a n t I e c h o i x d e s o u t i l s ' c o n d i t i o n s d e c o u p e .

des données technologi-d e u x a l g o r i t h m e s , I ' u n l r a u t r e c a l c u l a n t I e s S ' i t n ' e s t p a s p r é v u d a n s I e l a n g a g e d e d é f i -n i t i o -n s d e t o l é r a n c e s S u r 1 r u s i n a g e , I e c h o i x d e s o u t i } s s r e f f e c t u e s i m p l e m e n t p a r l r u t i l i s a t i o n d e s é q u e n c e s d t o p é r a t i o n s n o r m a l i s é e s . D a n S I e c a s c o n t r a i r e , I e c h o i x d e s o u t i l s e s t p l u s d é I i c a t c a r i l m e t e n j e u d e s c r i -t è r e s h e u r i s -t i q u e s d e q u a l i t é . E n c e q u i c o n c e r n e l e s c o n d i t i o n s d e c o u P e , i l y a l i e u d e d i s c e r n e r é g a l e m e n t d e u x t y p e s d e r é a l i s a -t i o n s 3

- Les données de coupe utilisées p a r I e b u r e a u d e f a b r i c a t i o n s o n t m i s e s e n m é m o i r e s s u r

f i c h i e r s d ' o r d i n a t e u r . L e s c o n d i t i o n s d e c o u -pe sont alors relues à partir dt un Prograrnme

d ' i n t e r r o g a t i o n d e c e s f i c h i e r s ( l a n g a g e s : E X A P T , R O M A N C E , O C T A L ) - C e t t e l e c t u r e n ' e f

-fectue aucune optimisation' Ires valeurs dé-t e r m i n é e s n e s o n dé-t n i m e i l l e u r e s n i p l u s

m a u v a i s e s q u e c e l l e s i n d i q u é e s m a n u e l l e -ment par Ie préparateur. Le temps de re-c h e r re-c h e s u r f i re-c h i e r s e s t n o n n é g l i g e a b l e étant donné Ie volume de ceux-ci.

Les données de couPe sont déterminées à partir d'un modèle mathématique simulant

l e s p h é n o m è n e s d ' u s i n a g e . I l e s t a l o r s possible de déterminer des conditions oP-timales de coupe en tenant compte non seul-Iement de critères technologiques mais également économiques.

A u p o i n t d e v u e m o d e d , e x p l o i t a t i o n , I ' o n t r o u v e , _{d ' u n e p a r t d e s p r o g r a m m e s g é n é r a u x nécessitant} u n e m é m o i r e c e n t r a l e d ' o r d i n a t e u r i m p o r t a n t e ( E x A p r , A U T O P L A N , G E P L A D ) , d r a u t r e p a r t , d e s p r o g r a m m e s m o d u -l a i r e s s p é c i f i q u e s i m p l a n t é s s u r p e t i t o r d i n a t e u r ( P R O T O U R , _{P R O P O I N T ) q u i s r a d a p t e n t a u x e x i g e n c e s d e s} p e t i t e s _{e t m o y e n n e s e n t r e p r i s e s .} U n a u t r e c a s i n t é r e s s a n È d ' o p t i m i s a t i o n d e s p h a s e s d r u s i n a g e e s t c e l u i d e s o u t i l s m u l t i p l e s . A v e c une machine à outils multipler _{oD combine les} opéra-t i o n s e n t r e e l l e s p o u r g a g n e r d u t e m p s r ê D temps mas-g u é , t o u t e n r e s p e c t a n t d e s c o n t r a i n t e s , p a r e x e m p l e : p e r ç a g e a v a n t t a r a u d a g e , p u i s s a n c e à I a b r o c h e . . . . .

e r c t r r . 4 3 _ l t_ r r . r 7 l .

I I . l . 5 - A u t o m a t i s a t i o n de Ia gamme d,usinage L e p r o b l è m e g é n é r a l d e l r o p t i m i s a t i o n d e l a g a l n m e d ' u s i n a g e c o n s i s t e à d é t e r m i n e r l a s u i t e d e s s é q u e n c e s d ' o p é r a t i o n s à e x é c u t e r s u r l e s d i f f é r e n t e s m a c h i n e s e n t e n a n t c o m p t e d e l t e n s e m b l e des pièces à p r o d u i r e , _{c r e s t - à - d i r e , d e 1 ' o r d o n n a n c e m e n t .} A c t u e l l e m e n t , _{o n n e s a i t p a s a u t o m a t i s e r} e n t i è r e m e n t c e n i v e a u , a u s s i : s o i t i I s r a g i t d e s y s t è m e s p l u s o u m o i n s i n t e r a c t i f s d e c o n d u i t e d e p r o d u c t i o n , é t r o i t e m e n t l i é s à I a g e s t i o n d e f a b r i c a -t i o n ; o n s u p p o s e a l o r s q u e l e s c o n d i t i o n s t e c h n o l o g i q u e s d ' o b t e n t i o n d e s p i è c e s ( g a m -m e d ' u s i n a g e , c o n d i t i o n _{d e c o u p e ) o n t é t é} é l a b o r é e s s é p a r é m e n t . N o u s r a t t a c h e r o n s c e s t r a v a u x à c e u x d e I r a u t o m a t i s a t i o n d e I I ordonnancement .

2 L

s o i t a u e o n t r a i r e , o n c o n s i d è r e q u e I ' o r d r e d r e x é c u t i o n d e s l o t s d e p l è c e s e s t d é t e r m i -né et on optimise les conditions technolo-g l q u e s p o u r I r e n s e m b l e d e s m a c h i n e s .

E n f a i t , c e s d e u x c o n c e p t i o n s s e j u s t i f i e n t p a r l a s t r u c t u r e d e l r o r g a n i s a t i o n d e l r a t e l i e r . E n e f f e t , s i l e s m a c h i n e s - o u t i l s s o n t r e g r o u p é e s e n s e c -tions homogènes, le problème principal à résoudre est Ia gestion des "en cours" tandis que souvent iI est p o s s i b l e d ' o r g a n l s e r l e s p o s t e s d e t r a v a i l a f i n d e s a -t l s f a i r e l e s i m p é r a t i f s d e I a g a m m e d r u s i n a g e . P a r c o n -t r e , s l l r a t e l i e r e s t s t r u c t u r é e n l l o t s d e p r o d u c t i o n , I'optimisation des condltions technologiques est impor-t a n impor-t e a f i n d e r é d u i r e L e t e m p s d r a t t e n t e ; l r o r d o n n a n -cement des lots peut se faire de façon indépendante. Ce sont les travaux réa1isés dans ce dernier cas que nous e x a m i n e r o n s c i - a p r è s .

Automat,isation des séquences d'usinage

P o u r u n e p i è c e q u e l c o n q u e , I ' a u t o m a t i s a t i o n d e s s é q u e n c e s d ' u s i n a g e e s t t r è s c o m p l e x e . E n e f f e t r ê n plus des problèmes de reconnaissance de formes, de

t o l é r a n c e s e t d ' é t a t d e s u r f a c e s ' a j o u t e n t t o u s l e s problèmes de rnéthode de fabricatlon, souvent empiri-q u e s e t m a l d é f i n i s , u t i l i s é s d a n s I ' ê n t r e p r i s e .

A u s s i , l e s l o g l c i e l s e x i s t a n t s n e c o n s i d è r e n t q u e c e r t a l n e s f a m i l l e s d e p l è c e s d e t o u r n a g e I I I - 4 7 1 , d ' o p é r a t l o n p o J . n t à p o l n t t I I . 4 8 I t I I . 5 4 I ' o ù l e s formes codifiées de Ia p!,èce sont simples à reconnal-t r e .

A partir drune galnme idéale correspondant à Ia famille identj-fiée, des prograrrmes éIaborent, par d é c i s i o n s l o g i q u e s , u n e o u p l u s i e u r s g a m m e s d e l a p i è -ce rée1le en tenant compte ou non de I'irnpo::Lance

d u l o t t I I . 4 8 . l . L e s r é s u l t a t s d o n n e n t a l o r s : l e s m a c h i n e s u t i l i s é e s l e s o u t i l l a g e s c o r r e s p o n d a n t s les montages l a g a m m e d r o p é r a t i o n s l e s c o û t s .

Automatisation gTobale des condiÈjons technologigues

L e s m a c h i n e s - o u t i l s e t l e s s é q u e n c e s d r o p é -r a t i o n s é t a n t d é t e r m i n é e s , i l s r a g i t d ' o p t i m i s e r l e s c o n d i t i o n s _{d r u s i n a g e a P i n q u ' u n i n d i c e .de performance} e n g l o b a n t I ' e n s e m b l e d e s m a c h i n e s d e 1 r î I o t s o i t e x t r e m u m . D a n s l e c a s d e l a p r o d u c t i o n e n l i g n e , H i t o -m i t I l . 4 s l a c a 1 c u l é l e c o û t c o r r e s p o n d a n t à l a p r o d u c

-tion maxima lorsque la vitesse de coupe est le seul p a r a m è t r e a j u s t a b l e . 1 1 c o n s i d è r e q u e I a p r o d u c t i o n est maxima quand Ie temps du cycle de travail corres-pond au plus élevé des temps minimum de chaque poste de la chalne. Lorsque Ie temps de production est fixé, Râ-v i g n a n i t I I . 4 4 l d o n n e u n e m é t h o d e g r a p h i q u e d e d é t e r -mination des conditions de couPe.

Ces deux auteurs ne tiennent pas compte des l i m i t a t i o n s t e c h n o l o g i q u e s . I a w a t a I I I . 4 6 ] a t r a i t é l e c a s p l u s g é n é r a l d e r e c h e r c h e d u c o t t m i n i m a l d r u n e p r o d u c t i o n e n l i g n e s u r m m a c h i n e s p o u r d e s o p é r a t i o n s d e t o u r n a g e o ù c h a q u e t o u r n ' e f f e c t u e q u ' u n e o p é r a t i o n .