Génération automatique de processus pour les pièces de meubles en bois massif.

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meubles en bois massif.

Pierre-Jean Meausoone, Patrick Martin

To cite this version:

Pierre-Jean Meausoone, Patrick Martin. Génération automatique de processus pour les pièces de

meubles en bois massif.. Journal Européen des Systèmes Automatisés (JESA), Lavoisier, 2001. �hal-

03008016�

Génération automatique de processus pour les pièces de meubles en bois massif.

Computer Aided Process Planning for solid wood workpieces

Pierre-Jean Méausoone

e-mail : meausoone@enstib.u-nancy.fr

Patrick Martin

4 rue Augustin Fresnel – Technopole 2000 – 57078 Metz Cedex 3 – France Tél : 33 (0)3 87 37 54 30 – Fax : 33 (0)3 87 37 54 31

e-mail : patrick.martin@metz.ensam.fr

RÉSUMÉ. Nous nous plaçons dans le cadre de l'intégation produit-process bien connue maintenant au niveau industriel comme de la recherche, et appliquée ici à la génération automatique de processus de fabrication en seconde transformation du bois. Nous avons développé un modèle de description de pièces de meubles en bois massif en utilisant les entités de fabrication associant les données fonctionnelles et technologiques d’usinage. Ce concept permet de mémoriser un haut niveau sémantique et d’être assuré de la fabricabilité des pièces. L'organisation de la base de données est définie en utilisant le formalisme Entités-Relations. Un logiciel prototype a été développé sous Microsoft Access et permet d’obtenir les processus possibles par une approche semi-générative et algorithmique.

ABSTRACT. The aim of this paper is to present a computer aided process planning system for wood manufacturing. It is possible to define manufacturing features which allow to gather functionnal data and manufacturing data, it is a strong element for integration. The knowledge formalization must allow to integrate the product design and manufacturing, the manufacturing system design and scheduling.The data base structure has been defined by using Entity-Relation model, then we develop a software prototype on MS-ACCESS, in order to obtain several feasible process plannings with a semi-generative approach.

MOTS-CLÉS : Entité de fabrication, conception pour la fabrication, ingénierie intégrée - génération automatique de gamme, usinage du bois

KEY WORDS : CAPP, DFM, concurrent engineering, manufacturing features, wood manufacturing

1. Introduction

1.1. Comment se positionne cette étude dans l'industrie du bois ?

Entre la grume et le produit fini (meuble, menuiserie, charpente...), le bois subit un certain nombre de découpes, d'usinages, de mises en forme. Nous nous intéressons à la seconde transformation, c'est-à-dire à l'ensemble des usinages qui peuvent être réalisés à partir de planches ou d'avivés (pièces brutes sorties de scierie) et permettant de réaliser des pièces et produits finis.

L'élaboration des gammes fait appel à des tâches répétitives qui peuvent être informatisées facilement et des tâches créatives plus difficiles à formaliser s'appuyant sur l'expérience ou sur des choix difficiles à cerner. La Génération Automatique de Gammes d'Usinage s'applique dans l'industrie mécanique et peut évidemment s'appliquer à l'industrie du bois. Notre étude s'intéresse donc particulièrement aux secteurs "Menuiserie" et "Ameublement", elle s'inscrit dans une démarche maintenant bien connue de l'ingénierie intégrée et s'appuie sur le concept d'entité d'usinage formalisé en France par le groupe GAMA [GAM 90]. De nombreux travaux sur ce thème ont été réalisés mettant en évidence la complexité du problème et l’importance de la modélisation du savoir-faire en terme d’informations et de processus de raisonnement [ELM 93], [VIL 94], [SAB 95], [MAR 98],[BRI 92], [BRI 98], [VIL 99].

Nous présenterons les particularités du secteur industriel concerné, la formalisation des connaissances utilisées et le logiciel prototype que nous avons développé. Une partie de ce travail a été réalisée dans le cadre du mémoire d'ingénieur CNAM de P. Boulanger [BOU 94] et de la thèse de P.J. Meausoone [MEA 96].

1.2. Comment se présente le matériau bois ?

Le matériau peut être constitué de bois massif (cas de notre étude) ou de panneaux (particules, fibres ou plaqué). Le bois massif présente une anisotropie (sens radial, tangentiel ou longitudinal), une hétérogénéité (cernes annuels) et des défauts (noeuds, poches de résine, fentes, ...). Il est sensible à l'humidité et peut subir des déformations géométriques (gauchissement, cintrage, tuilage).

Dans le cas du bois massif, en avivé ou en plateau, les opérations d'usinage sont les plus importantes en valeur ajoutée, en temps et en matériel utilisé. A ce niveau les lots de pièces de bois sont plus homogènes que dans les étapes en amont (débit,...).

1.3. Particularités des usinages dans le domaine du bois [MAR 92]

Génération automatique de processus 3 L'usinage du bois présente des particularités liées au matériau et aux procédés utilisés. Les vitesses de coupe et d'avance étant élevées, la pièce n'est généralement pas fixée et se déplace devant les outils. Les surfaces de références étant en appui sur les guides ou la table de la machine ou bien sont réalisées lors du déplacement de la pièce (corroyage) . Les conditions de coupe sont différentes suivant les trois axes et du fait de l'anisotropie du matériau bois, il y a un risque important d'éclat.

Généralement, celles-ci sont choisies pour les conditions les plus difficiles et ne sont donc jamais optimales. Les défauts ou singularités du bois (nœuds, contrefil, poches de résine, poches de silice, altérations,…) perturbent le travail et se répercutent au niveau des outils. Les déformations et les défauts imposent un contrôle de chaque pièce avant usinage (placement convenable de la face tuilée, élimination de certaines pièces,...). Les éclats représentent un paramètre important influençant les conditions de coupe mais aussi l'ordre d'exécution des opérations d'usinage. Ils sont maîtrisés en tenant compte de la position des entités par rapport aux fibres du bois pour ordonner les processus. Les temps d'usinage sont très courts ce qui entraîne des accumulations rapides de pièces.

Les pièces présentent un caractère esthétique ou bien sont définies pour leurs résistances. Elles sont utilisées dans des ensembles obtenus par assemblage (collage, vissage, clouage,...) et par adjonction d'éléments (quincaillerie, accessoires, vitrage,...). Il n'y a pas d'aspect cinématique (en terme de mouvement) à prendre en compte lors de la conception des produits, les pièces restent statiques. Par contre au moment de l’assemblage pour les pièces de charpentes traditionnelles, de charpentes laméllées-collées ou d’escaliers des aspects d’accessibilité peuvent apparaître. Les pièces sont de grandes dimensions. Les pièces en panneaux ou pour la menuiserie sont simples : rectangulaires avec des usinages à la volée sur les six faces ou des perçages, le profil est donné par la forme de l'outil. Les pièces d'ameublement sont plus diversifiées et plus complexes. Les formes sont obtenues par contournage (copiage et CN), les profils sont donnés par les formes des outils, la pièce est le plus souvent maintenue par dépression sur la table de la machine.

1.4. Spécificité des industries du bois

En observant le fonctionnement des entreprises industrielles du domaine du bois nous rencontrons deux types de production :

 Tout d'abord, les entreprises (ameublement, panneaux, menuiserie industrielle...), qui fabriquent toujours les mêmes types de produits en grande ou moyenne série sur des lignes spécialisées en général à positionnement numérique, les pièces sont peu différenciées et les gammes sont homogènes.

Le deuxième type correspondant aux entreprises qui réalisent de la sous-traitance en général de petites séries de pièces ou de produits. Elles travaillent des pièces de bois massif qui présentent une plus grande variété de formes et d'usinages (ameublement, menuiserie spéciale, objets divers.) et pour lesquelles les gammes de

fabrication sont très variées. Les ateliers disposent de machines isolées très flexibles ou dédiées (usinage de pièces de sièges par exemple).

A côté du secteur industriel il faut noter un secteur artisanal (menuiserie, meuble, agencement) qui réalise des produits unitaires sur mesure.

Les besoins et les attentes des entreprises sont l'assistance et l'aide à la préparation plutôt qu'une automatisation complète de la préparation de la fabrication.

La formalisation des spécifications pour la fabrication, sous la forme d'un dessin de définition coté et tolérancé n'existe quasiment jamais. Ce sont des croquis cotés qui servent de transmission de la description de la pièce. La relation client-fournisseur est très importante, tous les besoins implicites sont connus du fournisseur soit par l'expérience du métier soit par la connaissance du client. Ainsi, l’utilisation de dessins de définition reste peu utilisée et n’est pas forcément intéressante.

Au cours de notre étude les entreprises que nous avons rencontrées ont exprimé les besoins suivants en matière de gamme automatique :

 préparation des documents de fabrication (choix des machines, conditions de

coupe, mise en position de la pièce...),

 élaboration de la gamme d'ordonnancement par le bureau des méthodes,

 calcul des temps, saisie des temps réels et bilans,

 calcul des coûts (devis) ou suivi de production,

 génération des gammes de remplacement.

La résolution de la génération de processus ou de gammes d'usinage, n'est pas une simple automatisation des tâches. Il y a d'ailleurs des tâches non-automatisables ou difficilement automatisables. D'un point de vue stratégique, il n'est pas toujours intéressant de tout automatiser. Il faut laisser certaines actions ou décisions être réalisées par les utilisateurs. Les problèmes que nous avons rencontrés tout au long de cette étude se répartissent en quatre types: l'extraction de l'expertise, sa formalisation, les traitements à mettre en oeuvre pour élaborer une gamme et la validation de celle-ci.

2. La description de la pièce

2.1. Les notions de base sur les entités d'usinage

Les systèmes de CAO utilisent une représentation géométrique des éléments composant une pièce. L'utilisation de tels modèles comme base de la description des pièces, nécessite la reconnaissance de formes et de caractéristiques avec ensuite un complément d'information par le concepteur ou le gammiste. L’approche par entité (ou caractéristique) est maintenant bien connue [SHA 94] et [TOL 98], elle peut regrouper des interprétations variées suivant les utilisateurs. Nous parlerons ici

Génération automatique de processus 5 d’entité d’usinage ce qui permet d’intégrer les contraintes de fabrication le plus tôt possible, c'est-à-dire dès la phase de conception (DFM ou conception pour la fabrication).

Le groupe de recherche sur la GAMme Automatique, GAMA, a adopté la définition suivante d'une entité d'usinage [GAM 90] :

Une entité d'usinage est une forme géométrique et un ensemble de spécifications pour lesquels un processus d'usinage est connu. Ce processus est quasi indépendant des processus d'autres entités d'usinage.

Des conditions d'existence ressortent de cette définition d'une entité d'usinage : - condition d'existence du processus d'usinage, il faut tenir compte de toutes les variantes possibles pour un usinage,

- condition d'indépendance entre les processus d'usinage, il ne doit pas exister de contrainte d'usinage imposant une relation d'ordre d'exécution entre les entités.

Les processus d'usinage sont dans tous les cas indépendants les uns des autres mais le processus d'élaboration d'une entité d'usinage doit n'être défini qu’après l'ordonnancement général des séquences d'usinage.

A partir de la définition d'une entité d'usinage citée ci-dessus, nous pouvons faire les commentaires suivants :

 "une forme géométrique" résulte de l'assemblage de surfaces et de volumes issus du déplacement d'un outil,

 "un ensemble de spécifications" englobe toutes les informations nécessaires à la réalisation de l'entité d'usinage,

 "un processus est connu" n'implique pas forcément qu'il soit unique et parfaitement déterminé.

2.2. Les entités d'usinage dans le domaine du bois

Une première codification des pièces rencontrées dans l’industrie de l’ameublement a été proposée par [CUL 88]. Dans le cadre de l’approche choisie nous avons formalisé les entités d'usinage du domaine du bois. Elles correspondent [MEA 96].:

soit directement à des opérations d'usinage (moulure, rainure, plan), soit à des combinaisons ou regroupements d'entités simples (tenon), soit à des entités conjuguées (trou – cylindre )

2.2.1. Définitions des entités d'usinage bois :

Hypothèse de départ : le brut a été déterminé dans une étape antérieure (forme et dimensions). Pour notre étude, nous nous fixons un brut de forme fixe, c'est-à-dire un

avivé (parallélépipède rectangle). Ce type de brut représente 90 % des cas rencontrés dans l'industrie du bois.

Les travaux menés [MEA 96] ont abouti à la détermination de six entités d'usinage (Fig. 1) : PLAN, RAINURE, TENON, MOULURE, CYLINDRE (forme de révolution), TROU, et une pseudo entité d'usinage qui sert d'ouverture : FORME QUELCONQUE (taraudage, poche, sculpture,...). Cette dernière nous offre une adaptabilité pour tous les cas particuliers que nous pouvons rencontrer.

Figure 1. Les entités d’usinage du Bois

Chacune de ces entités d'usinage appartient à une utilisation précise. Nous rencontrons des entités d'usinage primaires qui sont des surfaces de références comme le PLAN, partie de la RAINURE ou du TENON, des entités d'usinage d'assemblage qui sont la RAINURE, le TENON, le TROU et le CYLINDRE et des entités d'usinage esthétiques qui sont la MOULURE et quelquefois le PLAN. Il faut noter que ces entités sont très fortement liées au moyens de fabrication (machines et outils).

2.2.2. Définition de certaines spécifications :

En premier lieu, une pièce est définie par des attributs (matériau, dureté, humidité,...) qui sont des renseignements généraux et communs à toutes les entités d'usinage qui la composent. Les entités d'usinage sont des regroupements de caractéristiques diverses. Les formes géométriques représentent le type de l'entité d'usinage, certaines d'entre elles comme la rainure nécessitent un complément d'informations géométriques que nous appelons variante (profil,...). En lien direct avec la géométrie, nous avons la cotation dimensionnelle propre de l'entité d'usinage (diamètre d'un trou par exemple). Un ensemble de processus d'usinage est associé à

?

PLAN

RAINURE

TENON

MOULURE

CYLINDRE

TROU

FORME QUELCONQUE

Génération automatique de processus 7 chaque entité. Enfin, entre deux entités d'usinage, nous constatons qu'il existe des contraintes de type perpendicularité, parallélisme ou positionnement ou d’antériorités liées à la fabrication, ce sont des contraintes inter-entités.

Pour chacune des six entités d'usinage bois citées précédemment, on a défini une même structure de la base de données: nom de code, position P par rapport au repère d'origine pièce, dimensions internes (longueur, largeur,...), interactions avec d'autres entités (cotes, tolérances, orientation, position ,chanfreins, congés, arrondis,..), qualification de la surface (rugosité), des spécifications de forme particulières à chaque entité (variantes, exemple: profil rainure ou tenon). Dans le cas où l’opération d’usinage est réalisée sur un sous-ensemble (ex : moulure sur une porte de meuble) , il est nécessaire de spécifier que l’entité (moulure) est bien associée à plusieurs pièces.

2.3. Description d'une pièce

Une pièce peut être modélisée de différentes manières, le concepteur travaille avec un modèle Entités fonctionnelles - Pièce, le gammiste travaille avec un modèle Entités d'usinage - Pièce. Dans le cadre de l'industrie du bois, l'intégration et la coopération entre ces deux approches sont directement possibles et induisent un modèle qui résulte de l'union des deux précédents :

le modèle Entités fonctionnelles – pièce et Entités d'usinage - Pièce que nous pouvons appeler entités de production.

Remarquons cependant que les attributs de l'entité fonctionnelle sont transmis à chacune des entités fonctionnelles et/ou entités d'usinage qui la composent (père  fils, notion d'héritage). De plus, le passage d'une entité fonctionnelle (EF) aux entités d'usinage (EU) n'est pas une bijection, c'est une fonction définissant des regroupements et des séparations.

3. La formalisation de la connaissance

3.1. Analyse des étapes de l'élaboration de gammes d'usinage

Nous avions besoin d'une méthode adaptée à la création d’un projet informatique, de développement d’une base de données, d'aide à l'analyse dans la conception d'une solution. Notre choix s'est porté sur la méthode de conception de systèmes d'information MERISE [COL 86] et [COL 89] avec un outil d'analyse fonctionnelle IDEF-O. La figure 2 présente le développement de l’activité préparer la fabrication qui nous a servi de support à la structuration de notre démarche.

Etape 1 : Etude de l'existant

Il s’agit d'obtenir une traduction d'une vue globale de l'activité préparation de la production, de prendre connaissance dans le détail du domaine de notre étude et de

faire ressortir les contraintes organisationnelles et techniques pour la modélisation d'un cycle de conception - fabrication d'une pièce.

Afin de dégager les diverses règles utilisées pour effectuer les tâches de l'élaboration de gammes d'usinage nous avons procédé à des interviews de différents spécialistes des domaines du bois et de la mécanique. Pour créer le dictionnaire des données nous avons utilisé comme base de travail les documents entrants, internes et sortants du bureau des méthodes (dessin de définition, nomenclatures, gamme, contrat de phase,...).

Etape 2 : Approche par niveaux.

C'est l'étude en parallèle du niveau conceptuel qui correspond à la définition des finalités de la génération automatique de gammes d'usinage (règles, objectifs et contraintes) en terme de données et de traitement, et du niveau organisationnel qui définit l'organisation qu'il est souhaitable de mettre en place. Tout d’abord les modèles conceptuels de données (figure 3) permettent de spécifier l’ensemble des données manipulées et leurs interactions. Pour créer le dictionnaire des données associé nous avons utilisé comme base de travail les documents entrants, internes et sortants du bureau d’étude et du bureau des méthodes (dessin de définition, nomenclatures, gamme, contrat de phase, nomenclatures...). Ils constituent l’élément le plus important de la formalisation. Une pièce appartient à un ou plusieurs ensembles (ou composé ), elle est décomposée d’au moins une entité de production.

L’ensemble est constitué de pièces mais peut également comporter des accessoires (visserie..). Un dessin unique représente chacun de ces éléments. Une entité est réalisée par un seul processus et est caractérisée par plusieurs spécifications (géométrie, dimensions…), l’ensemble des spécifications d’une entité est figé pour toutes les entités d’usinage du même type. Une pièce est définie par une ou plusieurs gammes (gammes de remplacement), par contre une seule gamme (ensemble ordonnée des phases) est utilisée pour sa réalisation. L’ordonnancement des phases (ensemble des opérations réalisées à un même poste de travail) est décrit par la gamme, celle–ci est consignée par un document (contrat de phase). Chaque phase est décrite par un séquencement d’ opérations définies par les experts, celles-ci sont définies initialement et constituent les éléments du processus de réalisation d’une entité.

Modèles Organisationnels des Traitements : M.O T.

Pour chacune des activités du MCT nous avons répondu aux trois questions suivantes :

- Qui va réaliser cette activité (gammiste, opérateur,... ) ?

- Comment va-t-elle être mise en oeuvre (manuellement ou automatiquement) ?

- Où va-t-elle être lancée et réalisée (fonction, bureau, service,...) ?

Figure 2 : Modèle IDEFO de l’activité préparer la fabrication

Figure 3 : Modèles conceptuels de données

(1,1)

(0,n) (1,1) (1,1)

(1,

n) (1,

1)

Composé de ENSEMBLE

N°_ ens

(1,n) (1,n)

ENTITE_PROD . Code_entité Nom_entité Composé de

DESSIN N°_ Dessin (1,1)

(0,n)

(1,1)

(1, n)

(1,n)

(1,1) Composé de

(1,n )

(1,1) Caractérisée par Réalisé par

SPECIFICATION Type_spéc.

Valeur

(1,1)

(1,n) (1,n)

(1,1)

GAMME N°_gamme Titre_gamm

e possède

(1,n)

(1,n)

Composé de

PHASE N°_phase Nom_phase

CONTRAT_PHASE N°_cont_phas.

Reprrésenté par

SEQUENCEMENT

Position dans la phase

Composée de

Défini par (1,n)

,n)

(1,1) (1,1)

(1,n)

(1,n)

(1, 1)

(1, 1)

OPERATION N°_opération Titre_opération Durée opération

Associé à PIECE

Code_pièce Nom_pièce

(1,n)

Représenté par

ACCESSOIRE N°_ acces

PROCESSUS N°_ proce Nom_proces

Dans notre cas l'ensemble des traitements est considéré à automatiser. C'est la raison pour laquelle nous n'avons pas développé de MOT..

Etape 3 : Validation. Le but de cette validation est d'assurer une cohérence entre la vision statique (analyse et développement) et la vision dynamique (exploitation par un utilisateur extérieur) du champ de notre étude. La validation clôt cette étape consacrée à l'utilisateur pour ouvrir les étapes suivantes : organisation des données en fichiers ou en une base de données, découpage des programmes, intégration des choix techniques des machines.

Etape 4 : Niveaux physique et opérationnel. Le niveau physique sert à proposer une solution technique optimale pour l'implantation physique des données et à décrire celles-ci ainsi que leurs liens dans le langage spécifique du système utilisé.

Le niveau opérationnel sert à proposer une organisation logique et physique optimale de l'ensemble des traitements automatisés.

3.2. Classification de l'expertise et des connaissances :

Toutes les analyses existantes sur le thème de la formalisation des connaissances [GAM 90], [BRI 92], [CHE 92], [ANS 94], [VIL 99] font ressortir différents domaines de connaissances concrètes avec les machines, les outils et les pièces et de connaissances abstraites avec les règles de décisions. Dans notre recherche, nous retrouvons ces domaines et nous pouvons les nommer aussi bien zone experte, centre de décision que tables de traduction de l'expertise. Les données sont connues par les personnes du métier mais avec une certaine imprécision, les règles de décision comme les procédures d’élaboration des gammes ne sont pas formelles restant incertaines [DER 98] et la formalisation des connaissances reste la difficulté principale, l’extraction des connaissances elle- même ne posant pas de problème particulier.

A partir des modèles de données et de traitements de la méthode MERISE, nous effectuons le classement de l'expertise et des connaissances (Fig. 4).

3.3. Formalisation de l'expertise et des connaissances

Dans ses travaux [CHE 92], A. Chep a recherché la séparation du raisonnement et des connaissances dans le but de tenir compte du cycle de vie du logiciel et de sa maintenabilité. Il a développé les notions de centre de décision (règles), de centre d'exécution (procédures) et de plan d'action (priorités et masques) autour d'un système déjà existant : LURPA-TOUR. D'un autre côté, D. Brissaud a développé dans [BRI 92] les notions de zones d'expertise qui se divisent en cinq parties : pièce, gamme, atelier, initialisation et contraintes.

Une fois l'extraction effectuée, nous avons recherché les possibilités de formalisation possibles compte-tenu des contraintes de départ. Dans son bilan, [ELM 93] nous rapporte des observations sur des applications de système C.A.P.P..

Type Titre générique Développement des titres

PHYSIQUE Machines Capacité, capabilité

ou Outils Capacité, capabilité, dimensions

"Concrète" Pièces (brutes ou finies) Modélisation, positionnement, EU,...

Liens - Relations Machine-Outil = Processus,...

NON Travail (habitudes) Gammes enveloppes, éclats,...

PHYSIQUE Savoir-faire Associations, regroupements,...

ou Choix - Sélections Notation, classement,...

"Abstraite" Formules Temps, coûts, paramètres moyens,...

Familles Pièces, processus,...

Figure 4: Classification de l'expertise et des connaissances.

La transparence du système en vue de la compréhension de sa structure, de son comportement et de son résultat, de son extensibilité, de son adaptabilité vis-à-vis des données et des connaissances, ou encore de ses qualités d'interfaçage avec les autres systèmes de l'entreprise, de son intégration et de son installation rapide et facile, vont nous permettre de mieux répondre aux besoins des utilisateurs de ces systèmes. Il ne faut pas oublier le facteur humain. Il faut que certaines prises de décisions soient toujours effectuées par les utilisateurs, dans le double but de leur bonne acceptation du système et de la résolution possible de cas très particuliers.

Des observations telles que la facilité d'accès à la base de données dans le but d'effectuer des extractions occasionnelles ou la réorganisation impromptue d'atelier ont été formulées.

La base de données utilisée : Microsoft Access a été choisie pour son utilisation sur PC, ses bonnes interfaces avec les utilisateurs et avec le programmeur. La rapidité de développement, de présentation des écrans et d'apprentissage ont également pesé pour ce choix. De plus il est utilisable en réseau et possède des accès contrôlés par mots de passe.

Nous présentons maintenant les résultats des recherches sur les possibilités de formalisation de l'expertise et des connaissances compte-tenu des contraintes et du produit logiciel sélectionné (Fig. 5).

Parmi ces types de connaissances, nous allons développer ceux qui nous paraissent représentatifs et spécifiques du domaine du bois.

Type Connaissance Connaissance Formalisée Solution adoptée

PHYSI QUES

Machines : capacité et capabilité

Dimensions (LxlxH) maxi acceptables et la précision mini.

Table

"Identification- Machine"de la BD.

Génération automatique de processus 13 Outils :

capacité et capabilité

Profondeur de passe mini et maxi ainsi que la précision d'usinage liée au matériau, à l’affûtage, à l’usure.

Table

"Identification-Outils"de la BD.

Pièces :

modélisation des formes

Forme géométrique et paramètres s'y rattachant (spécif. et interactions).

Positionnement des formes/pièce.

Modélisation par entités d'usinage.

Avivé théorique.

Pièces :

paramètres globaux Matière, dureté, humidité, quantité, délai,...

Table

" Paramètres-Globaux" de la BD.

Pièces :

bruts Standards normalisés ou de l'entreprise. Table "Brut" de la BD.

Liens-Relations : machine-outil, entité-processus

Enregistrement des liens existants entre ces objets.

Tables

"Processus" ou

"Entité_Processus" de la BD.

Travail (habitudes) : Gammes,

enveloppes, Eclats.

Positions des EU/Fibres, ordres d'usinage et type de la pièce.

Gammes enveloppes représentées dans la table

"Gammes_Enveloppes" et les types de pièces par la notion de familles de pièces.

NON - PHYSIQUES

Savoir-faire :

Associations Réalisation de plusieurs EU sur un même poste (même phase)

Matrice des Associations d'EU représentée dans la table

"Entité_Association" de la BD.

Savoir-faire :

Regroupements par machine

Critères associés aux temps, coûts, changements de machines

Tests de regroupements dans une fonction

"Ordonnancer" de la BD.

Choix - Sélections : Notations, Préférences, Classements.

Critères associés aux processus en vue de sélectionner le meilleur ou le préféré.

Dans

"Identification_Processus

" champ "Note_Pr"

Formules : Temps, Coûts,

Paramètres standards.

En fonction de la famille de processus les formules sont différentes.

Les formules sont définies dans les modules

"TEMPS" et "COUTS" et les paramètres standards

dans une table

"Paramètres_Standards"

en fonction des familles de processus.

Familles : Pièces, Processus,

Structure des familles.

Types de familles nécessaires aux traitements (codes déclarés qui servent au regroupement ou à la reconnaissance).

Un ensemble de famille est attaché à une famille père qui est utilisée pour la gestion.

Les familles sont déclarées dans la table

"Famille" de la BD.

La structure des familles est déclarée dans la table

"Structure_Famille" de la BD.

Figure 5 :Solutions adoptées pour la formalisation des connaissances

3.3.1. Formes géométriques :

Tout d'abord, pour l'ensemble des connaissances relié à la pièce (Fig.6) on remarque quatre groupes d'expertise : formes géométriques, positionnement, interactions et paramètres généraux. Chacun contient des informations sur la pièce que nous devons coder en vue de les exploiter dans notre système générateur de gammes.

Les formes géométriques sont codifiées en entités d'usinage caractéristiques du domaine du bois. Ces entités d'usinage sont positionnées dans un volume théorique qui représente notre brut (l'avivé est utilisé dans 90 % des cas), nous l’appelons avivé théorique. Les entités sont rattachées à une face un chant ou un bout, primaire ou secondaire (côtés opposés). Il existe entre les formes géométriques des interactions que nous devons coder. C'est à partir des entités d'usinage et de leur position que nous les déterminons. Pour une entité d'usinage E1 dans la position P1, il y a une interaction avec l'entité d'usinage E2 dans la position P2 qui est de type

"dimension" de valeur " X " et de tolérances " -a +b". Nous rencontrons également des perpendicularités, des parallélismes, des inclinaisons, des positionnements, des coaxialités et des symétries.

Nous définissons également les paramètres généraux concernent la pièce dans son ensemble. Ils renseignent sur le matériau (essence, humidité,....); et dans le cas de la prise en compte de l’aspect logistique, sur les délais et les quantités.

3.3.2. Type de connaissances technologiques

Autre ensemble de connaissances, le savoir-faire qui représente des techniques et de l'expertise appartenant à l'entreprise. Nous y notons les associations d'usinages et les regroupements d'usinages.

La première partie représente les possibilités préétablies d'associations d'usinage existantes dans l'atelier entre les entités d'usinage. La formalisation de ces connaissances est réalisée par une matrice "Association-Entités". Nous déterminons qu'une entité d'usinage E1 dans sa position P1 est associable à une autre entité d'usinage E2 dans sa position P2 à condition que les processus de réalisation de ces entités soient ceux prédéterminés Pr1 et Pr2. La colonne TM (figure 7) représente le type de machine et elle est utilisée pour effectuer des regroupements ou des recherches rapides. En parallèle, nous avons des regroupements d'usinage entre les entités d'usinage qui vont dépendre des interactions qui existent dans la pièce mais aussi des types de machines sélectionnées dans les solutions. La formalisation de ces connaissances en matière de regroupement est réalisée par un ensemble de tests de base "Si ... Alors ..." définies en Visual Basic, exemple : SI la machine est identique pour les deux entités dans une même solution ALORS les deux usinages seront réalisés dans la phase.

3.3.3. «les règles de l’art »

Génération automatique de processus 15

Troisième et dernier ensemble de connaissances que nous développons, les règles de l'art qui regroupent des techniques et de l'expertise qui appartiennent au métier du bois. Cet ensemble est constitué des ordres d'exécution des usinages et des notions d'éclats (usinages par rapport au sens des fibres du bois). La solution apportée est la même pour ces deux types d'expertise. La formalisation à l'aide de gammes enveloppes (figure 7) orientées familles de pièces a été développée. C'est-à-dire que pour un type de fabrication (pièces) nous déterminons un ordre d'exécution des types de processus d'usinage. Ajouter à ce trio famille de pièces, famille de processus et ordre d'exécution, la position de l'entité d'usinage par rapport à l'avivé théorique nous apporte la solution de formalisation des risques d’éclats.

Figure 6 : Description de la pièce et recherche de processus capables 4. Applications

4.1 développement d'un système prototype d'élaboration de gammes d'usinage (figures 8a, b, c).

Notre application possède un traitement linéaire algorithmique qui met en oeuvre une démarche descendante d'élaboration de gammes d'usinage. Nous le caractérisons de système mi-variante, mi-génératif afin de se positionner par rapport aux autres travaux qui ont été réalisés dans ce domaine ces dernières années, [VIL 94], [BRI 92], [ANS 94], [SAB 95], [ELM 93], [MAR 98]. Les pièces (données d'entrées) sont

CONNAISSANCES

Savoir- Faire

Associ ati on s Re grou pe m e n ts

Tableau des Associations-Entités Entité 1 Entité 2 T.M. Pr. 1 Pr. 2

Entité CP TP

Entité CP TP

TESTS sur CODES Machines Fonction INTERACTIONS

&

Pour les solutions de 1 à n Si (code_machine(i) = code_machine(i+n) et

regroupement i avec n N°_exécution(i) = N°_exécution(i+n)) alors

Exemples de tests :

Si Perp. entre 2 PLANS et si l'IT < 0.5 alors regroupement pour l'usinage

Exemples d'Associations :

PLAN - Face - Primaire - PLAN - Chant - Primaire - Q4 - 1 - 2 - PLAN - Face - Primaire - PLAN - Face - Secondaire - Q4 - 1 - 3 - PLAN - Face - Primaire - PLAN - Chant - Secondaire - Q4 - 1 - 4 -

BRUT

PIECE

modélisées à partir des entités d'usinage. La validation de ces travaux a été effectuée au fur et à mesure du développement de notre système.

Figure 7 : Formalisation des règles de l’art : gamme enveloppe

Figure 8a : Démarche utilisée

CONNAISSANCES

de l'ArtRègles

Gammes Enveloppes

par famille de pièces

Ordre d'Exécution des usinages

Eclats

Famille Processus

Ordre

. . . . . . . . .

Famille

Pièces Position Exécution

. . . Exemple de Gamme Enveloppe :

Menuiserie_Fenêtre - Corroyage - Chant - 1 Menuiserie_Fenêtre - Rabotage - Face - 2 Menuiserie_Fenêtre - Tenonnage - Bout - 3 Menuiserie_Fenêtre - Rainurage - Bout - 4

Gé né ra lité s P iè c e Brut

&

matériau, dimensions du brut, quantité, délai, finission, ...

De sc ription de la piè c e En tité C ô té Po sit° Ty p e Po sit° Qté Plan

Plan Plan Plan R ain u re

Ten o n Ten o n Tro u

Face C h an t Face C h an t C h an t B o u t B o u t Face

Primaire Seco n d aire

Primaire Primaire Primaire Seco n d aire Seco n d aire Seco n d aire 1

4 1 1 1 1 1 1

Spé c ific a tions

Dimen sio n s in tern es Varian tes To léran ces Qu alité d e l'EU

Inte ra c tions En tité 1 En tité 2 In teractio n E - C P - TP E - C P - TP

O Y X

Z Avivé Théorique de départ

Pour chacune des Entités d'Usinage, le système recherche la ou les machines susceptibles de la réaliser.

Solutions Entité s_Pr oc e ssus En tité - C P - TP Ty p e_ Mach in eN° Pro cessu s Plan - Face - Primaire DEG 12 - 4

Q4 458 - 33

DEF 48 - 562

Plan - C h an t - PrimaireDEG Q4 DEF TOV

12 - 4 458 - 33 48 - 562 62 - 8

. . . . . . . . .

Donné e s d'e ntré e c onc e rnant la piè c e . Ce s informations sont soit e x traite s du de ssin de dé finition soit ré c upé ré e s dans un fic hie r informatique .

La pre miè re é tape de l'é laboration de la gamme c 'e st la re c he rc he de s possibilité s de fabrique r le s e ntité s d'usinage . Le s te sts qui sont e ffe c tué s à c e niv e au v é rifie nt le s c apac ité s de s proc e ssus à sé le c tionne r à ré alise r le s e ntité s d'usinage dans toute s le urs spé c ific ations.

Génération automatique de processus 17

Figure 8b : Démarche utilisée

Recherche des associations possibles

M a trice des A sso cia tio ns_ Entités Entité 1 Entité 2 Type M achineProces s us 1 Proces s us 2 Entité - C P - TP Entité - C P - TP

Expertise

Expertise

G ammes Enveloppes par fam ille de pièces

Fam ille Processus Ordre

Chaise Dégauchissage 1

. . . . . . . . . 1 ° Asso ciatio n :

L a quantité d'une entité d'usinage dans une position.

E xem ple : T rou - Face - Secondaire - Qté. = 4 2 ° Asso ciatio n :

So lu tio n s

N° Sol E ntité - CP - T P Assoc N° Proc

1 Plan-Face-Prim Oui 458

1 Plan-Face-Secon Non 48

. . . . . . . . . . . .

1 2 3 4 . . .

. . .

. . .

CRIT ERE S

Nb d'Assoc Nb d'E tapes Nb T ypes Mach. Class t.

N° Sol

1 4 3 2 1

2 2 6 5 3

. . . . . . . . . . . . . . .

Reche rche d'une autre solution

La seconde étape recherche dans l'ensemble des solutions retenues si des associations entre entités sont possibles.

Le système utilise les liens prédéterminés qui figurent dans la matrice Associations-Entités. Les regroupements en fonction des interactions et des machines identiques sont effectués dans cette étape.

solutions développées dans l'ordre d'exécution des processus Ensuite en troisième étape, le système classe chacune des ou des groupes de processus en fonction de la gamme enveloppe correspondant à la famille de la pièce.

En quatrième étape, le système calcul des critères pour chacune des solutions : nombre d'associations, nombre d'étapes, nombre de types de machine et nombre de changements de machine et il effectue un classement par critère et un classement général.

Nb Chgt Mach.

6 . . .5

Expertise

Temps Paramètr es d e calcu l Pro céd u res d e calcu l

Expertise

C o ûts Paramètr es d e calcu l Pro céd u res d e calcu l N° Sol

CRIT ERE S T C T em ps Pos_T Coût Pos_C Pos_Géné 1

2

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

L'étape numéro cinq effectue sur les solutions les estimations des temps et des coûts qui vont servir à sélectionner la solutions qui va être proposée à la planification.

Figure 8c : Démarche utilisée

4.2 développement industriel

L’étude développée a pu faire l’objet d’un transfert vers l’industrie dans le cadre d’une convention CIFRE avec un important fabricant français de meubles meublant en kit. L’objectif du travail était d’assurer une intégration création-conception- méthode pour la réalisation de gammes destinées au chiffrage, à l’ordonnancement et à la fabrication en utilisant les entités d’usinage.

Pour l’aspect estimation grossière des coûts pour les produits à l’état de création et de recherche de formes, seules les entités à caractères esthétiques et une approche par variante ont été utilisées. Pour le volet devis l’approche se fait d’une façon générative et par gamme type , les données d’entrées associent entité d’usinage et modèle CAO. En final les gammes définitives pour la gestion de production sont

Projet de gamme En tité-C P-TP Asso cPro cessu sTemp s C o û ts Plan -Face-Primaire

Qté

1 Ou i 4 5 8 2 .5 0 1 5 0 0

. . . . . .. . . . . . . . . . . .

Simulation

Dossier de fabrication

ATTENTE

Recherche d'une autre solution

FABRICATION

Expertise

Capabilité Machines Table des Capabilités

Gamme d'Ordonnancement Dev is

Do ssier Outilla g e Do ssier So us-T ra ita nce

Réponse Ordonnancement L iste M a chines

La sixième étape, la simulation effectue d'après la réponse de l'ordonnancement des actions différentes :

si ok : pour chaque groupe de processusde la pièce le système compare la position de la pièce par rapport aux indications des processus. Si parmis les cotes des entités il y en avait qui ne serait pas directement des cotes fabriquées, il calcul le transfert.

si pas ok : pas de disponibilité des machines dans le délai demandé, le système recherche une autre solution parmis celles restantes.

étape est la mise en forme La dernière et septième des documents du dossier de fabrication : gamme d'usinage, contrats de phase, fiches de suivi de la fabrication.

OUI NON

Ordo.

Solution

.

. .

Gam m e

Contrats de P hase Fiche s de suivi

Génération automatique de processus 19 élaborées. Au niveau de la fabrication le développement réalisé permet la réalisation automatique des phases de coupe (choix des machines, paramètres de réglage, conditions de coupe, optimisation matière). En conclusion l’entreprise dispose d’une information unique pour la conception, l’ordonnancement et la fabrication assurant une plus grande réactivité et une fiabilité des résultats. De plus la structuration des connaissances a permis de déboucher sur le développement d’une ligne de produit orientée produit.

5. Conclusion

Bien que se rapportant à un domaine spécifique, ce travail s’inscrit dans le cadre de l’ingénierie intégrée et plus particulièrement de l’intégration produit-process. Il présente à la fois la modélisation et l’aspect réalisation d’un logiciel prototype sous MS-ACCESS, il est axé sur l'utilisation du concept d'entités d'usinage pour modéliser les pièces à fabriquer ainsi qu'une grande partie de l'expertise en vue d'élaborer des gammes d'usinage.

Nous avons traité la génération de processus d'usinage en redéfinissant tout d'abord la description de la pièce à base d'entités d'usinage. Suite au développement des spécificités du domaine du bois, nous remarquons que les problèmes de posage, de bridage et de montage d'usinage sont considérablement simplifiés par rapport à la mécanique. Ceci est dû essentiellement aux types de machines monotypes d’opération (ou de séquence) ainsi qu’au brut considéré : l'avivé. En contrepartie de nouvelles contraintes liées au matériau sont apparues : les éclats du bois et les conditions de coupe. Aussi on peut remarquer qu'un système d'élaboration de gammes d'usinage appliqué à l'industrie du bois est simplifié par rapport à un même système pour l'industrie mécanique.

Dans le cas de la gamme automatique, une partie importante dont il faut tenir compte est constituée par les informations et les processus d’élaboration qui appartiennent à la connaissance et à l'expérience des hommes de l'entreprise (experts gammistes). Pour réussir la formalisation des connaissances nous devions tenir compte des contraintes humaines : prises de décisions, acceptation d'un système automatisé, accès occasionnels aux données, mais aussi des contraintes techniques : l'adaptabilité, l'extensibilité, la maintenabilité du système, l'interfaçage avec d'autres systèmes informatisés de l'entreprise, l'installation dans l'entreprise et aussi le type de système de gestion de la base de données relationnelle que nous avons sélectionné pour réaliser le développement de notre prototype.

L’application a été développée entièrement sous Microsoft Access pour la partie laboratoire, et sur le système de gestion de bases de données de l’entreprise pour l’application industrielle. Les possibilités d'utilisation de Microsoft Access en réseau

de PC ou de partage de bases de données, offrent des perspectives de développement et d'intégration intéressantes, et d’utilisation par des PMI.

6. Bibliographie

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