R EVUE DE STATISTIQUE APPLIQUÉE
J. M OTHES
D’un exemple d’application de la carte de contrôle
Revue de statistique appliquée, tome 1, n
o1 (1953), p. 55-64
<
http://www.numdam.org/item?id=RSA_1953__1_1_55_0>
© Société française de statistique, 1953, tous droits réservés.
L’accès aux archives de la revue « Revue de statistique appliquée » (
http://www.sfds.asso.fr/publicat/rsa.htm
) implique l’accord avec les conditions générales d’uti- lisation (
http://www.numdam.org/conditions). Toute utilisation commerciale ou im- pression systématique est constitutive d’une infraction pénale. Toute copie ou im- pression de ce fichier doit contenir la présente mention de copyright.
Article numérisé dans le cadre du programme Numérisation de documents anciens mathématiques
D’UN EXEMPLE D’APPLICATION
DE LA CARTE DE CONTRÔLE
par
J. MOTHES
Ancien élève de l’Ecole Polytechnique.
.4 l’occasion de la Biennale des machines-outils
qui
s’est tenue à Parisen
septembre 1951,
11.MOTHES,
auteur de cetarticle,
a été amené à mettresous contrôle
stati,stiqzee
iin toiira~sto~riatiqi~e
enfonctionnement
sur unstand.
En moins de trois
joiirs, l’emploi
de la carte de contrôle~ermit
d’obtenirdes résultats
~articitliërement s~ectacztlaires
ainsiqze’en témoignent
les indi-cations
qrri
vont s~civre.En vite de
f aciliter
aux lecteurs non avertis lacompréhension
de cetexposé,
son ar~tercr l’a volontairementscindé
en troisparties.
Dans la~remière
sont décrits les
Principes
de latechnique
dite deCarte
deContrôle ;
dans laseconde l’a~pareil
de mesure(dynamiqi~e)
mis aitpoint ~ar
la SociétéSolex
dans latroisiènte l’ex~érience
de mise soitscontrôle ~ro~re~nent
dite.En début
septembre
1951 1 s’est tenue à Paris la Biennale desmachines-outils, exposition
inter- nationale au cours delaquelle
de très nombreux constructeurseuropéens
et certains constructeursextra-européens
ontprésenté,
aupublic industriel,
leur matériel.Deux Sociétés
françaises
ont, à cette occasion,accepté
de tenter uneexpérience
sansprécédent (en Europe
aumoins) expérience qui
a consisté àprésenter,
surstand,
un tourautomatique
en fonc-tionnement sous contrôle
statistique (1).
Bien
qu’une exposition
seprête
àpriori
assez peu à desexpériences
de cetype
et bien que les démonstrateurs n’aient pas étéformés, préliminairement ;
à latechnique
de carte decontrôle,
lesrésultats obtenus ont
dépassé
lesespérances
lesplus optimistes.
Nous en décrivons ci-dessous les
aspects
essentiels.1. LES PRINCIPES FONDAMENTAUX DE LA CARTE DE
CONTRÔLE.
La mise sous contrôle du tour
automatique
dont il seraquestion
au cours de cetexposé
aconsisté à lui
adapter
cequ’il
est convenud’appeler
une « Carte de Contrôle ». Cettetechnique
étant encore assez peu
répandue
enFrance,
nous nous proposons d’endécrire,
toutd’abord,
lesprincipes.
Ils sont très élémentaires.De
façon générale,
la carte de contrôlerépond
au souci de surveiller au cours d’une fabri- cation la stabilité despropriétés
de cette fabrication. Elle repose sur unpetit
nombre d’idées trèssimples
et surlesquelles
il est d’ailleurs facile de revenir en termes strictementexpérimentaux.
Considérons dans un atelier un tour
automatique
usinant despièces,
dutype
schématisésur la
figure l,
dont on surveille le diamètre extérieur.Sans
trop
nous avancer, nous pouvons admettre que dans cetatelier,
comme dans laplupart
des autres
ateliers,
le contrôle de la bonne marche du tour consiste pour lerégleur : 1)
à passer detemps
à autre devant le tour ;2)
àprélever
unepièce ;
(1)
En nous autorisant à faire état des résultats acquis au cours de cetteexpérience
de misesous contrôle, la Société Nouvelle Cuttat et la Société Solex font preuve d’un libéralisme
qu’il
nousplaît
desouligner
et dont nous ne saurions trop les féliciter.3)
à mesurer cettepièce (plus
souvent à la passer auxcalibres) ;
4)
à laisserpoursuivre
la fabrication si le diamètreexaminé
s’avère conforme auxspécifi-
cations
imposées
ou bien à arrêter le tour, pourréglage,
dans le cas contraire.Imaginons
alorsqu’au
lieu deprocéder
ainsi, lerégleur s’impose
un certaintemps : 1)
deprélever périodiquement
unepièce
et de la mesurer comme par lepassé ;
2)
de consigner sur une feuille depapier chague
résultatenregistré
et,quel
que soit cerésultat,
de
ne pas toucher à la machine.,
Fig.
1.Fig.
2. Tour n° 1 - Prélèvements de 20pièces.
Nous pouvons affirmer - aussi
paradoxal
que celaparaisse - qu’il
sera amené à faire uncertain nombre de remarques fondamentales.
Ayant
parexemple
observé les 20 résultatsqui figurent
dans le tableauci-dessus,
il seraobligatoirement
amené à conclure :1,0 que
le tour n’a cessé d’être convenablementréglé
durant lelaps
detemps
où lesprélève-
ments ont été
opérés ;
2o
qu’en dépit
de l’exactitude duréglage,
les diamètres usinés ontoscillé
autour de la valeur(idéale) imposée
par lesspécifications.
Le
régleur~prendra
ainsi conscience du faitqu’une machine,
si bienréglée soit-elle,
donne des,
résultats néanmoins dispersés.
Si d’autre
part,
dans le mêmeatelier,
se trouve un autre tourautomatique (de
même modèleou de modèle
différent,
peuimporte)
usinantle même t~p,e
deé
et si notrerégleur, assumant
defaçon analogue
ta surveillance de ce second tour, recueilledans le même laps
detemps,
les 20 résultatssuivants :
*
Fig.
3. Tour n" 2 - Prélèvements de 20pièces.
il sera amené à conclure :
loque
le second tour n’aégalement
cessé d’être convenablementréglé
2° mais que
l’ampleur
des oscillations des diamètres observés autour de la cote(idéale) spécifiée
se révèlebeaucoup plus
forte que dans lepremier
cas.Le
régleur prendra
ainsi conscience du fait que ladispersion, inévitable,
des résultats de fabri-cation est
susceptible
de varierlargement
d’une machine à une autre.Si à ce
moment-là-et,
à ce moment làseulement,
d’ailleurs-notrerégleur
pense à comparer les fluctuations des résultats obtenus à l’intervalle(
t20~) de
tolérance fixé par le bureaud’études ,
il y a gros àparier qu’il
sera tout naturellement amené à conclure :loque
lepremier
tour, dans ses conditions de marche du moment, estcapable
de faire le travailqu’on
luidemande ;
20 que le second tour en est, au contraire,
incapable.
Il découvrira ainsi,
tout seul,
la notiond’aptitude
d’unoutillage
au travailqui
lui estconfié.
A ce
stade,
examinant deplus près
les résultats obtenus sur le second tour, il se dira sans doute :«Si,
au lieu de fairel’expérience
queje
viens defaire,
c’est-à-dire si, au lieu de me contenter deprélever
despièces
et deconsigner
sur une feuille depapier
les mesures effectuées sans toucher à lamachine, j’avais procédé
commeje
le faisd’habitude, j’aurais pensé,
dès la deuxième mesure,que mon tour était mal
réglé (diamètre trop élevé)
et, dans cesconditions,
en voulant lerégler je l’aurais,
enfait, déréglé, puisque
la suite del’expérience
m’aprouvé
que si les oscillations des dia- mètres usinés ont étéfortes,
leurcentrage
n’a cessé d’être correct ».Cette remarque
faite,
il est douteuxqu’il
reprenne par la suite safaçon
de faire usuelle : iln’y
croiraplus.
S’il a le
génie
deShewart, ingénieur
à la BellTelephone
Co et créateur de la « Carte deContrôle »,
il raisonnera, lelendemain,
comme suit :« Mon tour nO 1 a fonctionné hier dans de bonnes conditions deréglage,
or, du fait de ses conditions demarche,
il a néanmoinsdispersé
les résultatsqu’il
afourni,
mais il ne les a pasdispersés
dans un intervallesupérieur
à l’intervalle( -9, I I ) : je
vais donc admettre
aujourd’hui,
me basant sur cephénomène,
que tant que le tour nO 1 me donnera des résultatscompris
entre - 9 et 11 I il marcheracorrectement
etje
n’interviendrai que sij’observe
des résultats extérieurs à cet intervalle. De
façon analogue, je n’interviendrai
sur le tour n° 2 que sij’observe
des résultats extérieurs à l’intervalle(
-33,
26).
»Ce
faisant,
ils’assignera
des limites de contrôle basées surles possibilités
de ses machines.Par
comparaison
de ces limites de contrôle à l’intervalle de tolérance de lafabrication,
ilsera, de
plus,
en mesure de faire observer à ses chefs que le tour n° 2 n’est pascapable
de fournir cequ’on
attend de lui.Enfin,
tout le monde dans sonentreprise comprendra
que lecontrôle
n’estpas__une activité
coercitive mais un facteur efficace de « gestion » optima de la fabrication.
Cette
description
de la « Carte de Contrôle » est évidemment très sommaire mais elle per- met d’enpréciser
lesaspects
fondamentaux et c’est là l’essentiel. En vue de décrire la véritable techni- que de la carte decontrôle,
il suffit d’ailleurs de mentionner :10
qu’au
lieu deprélever
une à une lespièces
à examiner, on lesprélève
par groupe(échan-
tillon de 4 à 10
pièces,
engénéral)
cettefaçon
de fairepermettant
d’accroîtrel’efficacité
de la sur-veillance de la
fabrication ;
2o
qu’au
lieu de surveiller la cote de lapièce prélevée,
on surveille d’unepart
la moyenne des cotes despièces figurant
dans l’échantillon et d’autrepart l’amplitude
de cetéchantillon,
c’est- à-dire la différence entre leplus
fort et leplus
faible résultatobservé ;
30 que les limites de contrôle à
adopter -
d’unepart
pour les moyennes d’autrepart
pour lesamplitudes -
sont définies par des tablesnumériques
toutes calculées et donc que leur détermi- nation reste absolument immédiate.A titre
indicatif,
nousreproduisons
ci-contrequelques types
de « carte de contrôle »fréquem-
ment rencontrés en
pratique (Figures
4 à7).
59
Fig.
5.Déréglage
d’une fabricationjusque-là
sous contrôle.Il. LE MESUREUR
PNEUMATIQUE SOLEX,
A COTE MOYENNE.Le tour
automatique
mis sous contrôle à l’occasion de la Biennale des machines-outils usinapendant
toute la durée de cetteexposition
despièces
dutype représenté
sur lafigure
1 etl’expé-
rience consista à surveiller d’une
part
le diamètre extérieur~1
d’autrepart l’alésage ;2 .
Avant même d’entamer la mise sous contrôle de la fabrication se posa donc le
problème
del’organisation
des mesures.Ce que l’on entend par
l’organisation
de la mesurepeut
se traduire de lafaçon
suivante :il faut que l’on
puisse
mesurer aisément.Cette aisance
présente
diversaspects
dont leplus
délicat concerne le choix de la valeur carac-téristique
de la cote. Il est, eneffet,
erroné de penser que cette valeur.n’a pas à être choisie sousprétexte qu’elle
est donnée parl’appareil
de mesure. Enfait,
lespièces mécaniques
neprésentent jamais
uneperfection géométrique
tellequ’on puisse
les définir par une seule dimension. Il n’est d’ailleurs pas nécessaire d’avoir unegrande expérience
en matière de fabricationsmécaniques
pour savoir que les
arbres,
lesalésages,
lesplans,
etc...présentent
des erreurs de forme ou erreursmacrogéométriques
que l’ondésigne
dans les ateliers par les motsd’ovalisation, conicité,
ondu-lations,
etc..., etc... ’Pour
simplifier
unequestion qui
est souventbeaucoup plus complexe qu’on-
nel’imagine,
raisonnons sur le cas d’un arbre
qui présenterait
une ovalisationrégulière.
Une telle
pièce comporte
une infinité de cotes allant dupetit
axe augrand
axe del’ellipse.
Or,
le contrôleurchargé
de tenir la carte de contrôle nepeut
pas se livrer àl’exploration complète
de
chaque pièce, exploration qui, seule,
luipermettrait
de connaître la valeur des deux axes et de choisir l’un ou l’autre.On sent, d’autre
part,
intuitivement que l’une ou l’autre de ces valeurs n’est pas satisfaisante pour caractériser lapièce
et l’idéequi
vient immédiatement àl’esprit
est de choisir la coteéquidis-
tante ou cote moyenne, mais les
opérations qu’il
faut effectuer pour connaître cette cote moyenneFig.
6. Evolutionsystématique
de résultats de fabricationprovoquée
par l’usure de l’outil.Fig.
7. Fluctuations accidentelles de résultats de fabrication à l’exté- rieur de leurs limites de contrôlestatistique.
Cephénomène
est leplus
souventprovoqué
par une trop fortehétérogénéité
de la matièrepremière.
6I
apparaissent
immédiatement commeprohibitives.
On pense aussitôt à unappareil qui
donnerait directement et instantanément cette valeur moyenne.Un autre facteur caractérisant l’aisance recherchée n’est autre que la
rapidité
d’exécution des mesures. Il faut éviter lesmanipulations
difficiles et les réduire à leurplus simple expression.
Enfin,
il est nécessaire deprévoir
desdispositions
telles que lesprélèvements
soient automa-tiques,
c’est-à-dire que le contrôleur ne soit pasobligé
decompter
lespièces.
Partant de ces
considérations,
la SociétéSolex, qui
s’étaitchargée
del’organisation
métro-logique
del’expérience,
fut amenée àadopter
certainsdispositifs qui méritent,
de par leuroriginalité
même,
d’être ici décrits. ,a)
Mesuredynamique.
Il n’est sans doute pas nécessaire de
rappeler
lesprincipes techniques
utilisés pour la réali- sation desappareils
SOLEX. On sait que la lecture de la mesure se fait à l’aide d’unsimple
mano-mètre à eau dont la colonne s’arrête à une hauteur fonction de la cote de la
pièce.
La cote corres-pondante
est connue immédiatementgrâce
à unerègle graduée qui équipe
le manomètre.On sait
également
que, en raison du volume interne des diverses canalisationsqui composent
l’ensemble desappareils, l’équilibre
despressions
n’est pas instantané.Si,
par unprocédé quelconque
on fait varier le débit d’air dans
l’appareil,
alternativement enplus
et en moins, les oscillations de la colonne d’eau suivent exactement ces variations, à la condition évidentequ’elles
soient suffisam-ment lentes pour que l’inertie du
système puisse
êtrenégligeable. Mais,
si l’on accélère la vitesse des variations, l’inertie intervient etl’amplitude
des oscillations décroît au fur et à mesure que la vitesseaugmente.
, Cela
posé,
les sollicitationsauxquelles
la colonne d’eau est soumisepeuvent,
d’autrepart,
être considérées avec une
approximation largement
suffisante comme étantréparties
depart
et d’autre d’unpoint
moyen. Onpeut admettre,
enreprenant l’exemple schématique précité,
que ce derniercorrespond
à la cote moyenne de l’arbreelliptique.
Parconséquent,
si cet arbre est entraînéà une vitesse de rotation
suffisante, lorsqu’il
estplacé
enposition
de mesure entre les touches d’unappareil SOLEX,
la colonne d’eau doit se stabiliser immédiatement à une valeurcorrespondant
à la cote moyenne, telle
qu’on
vient de la définir.En
bref,
de nombreusesexpériences
et études de laboratoireayant
confirmé la validité dece
point
de vuethéorique
et la stabilité(au
micronprès)
des lectures ainsiobtenues,
c’est donc sim-plement
enéquipant
le mesureur d’undispositif
rotatifqu’a
été résolu leproblème
de la mesurede la cote moyenne donnée directement par
l’appareil
sans aucune recherche ni aucun calcul de lapart
del’opérateur.
Lapièce
étaitentraînée,
parfrottement,
par uncylindre
tournant, ce dernierétant lui-même entraîné par un flexible relié à un moteur
quelconque (1).
b)
Mesure double.Le mesureur était
prévu
pour effectuer simultanément la mesure del’alésage
et du diamètre extérieur.L’alésage
était mesuré à l’aide d’untampon
àgicleurs classique
servant en mêmetemps
desupport
à lapièce.
La mesure du diamètre extérieur était faite à l’aide d’un céoscillant,
cequi
élimi-nait tout
problème
de mise enposition précise
de lapièce.
Le
tampon
àgicleurs
et le cé oscillant étaient reliés à un micro-mesureur à double lecturequi comportait
un double manomètrepermettant
de lire en mêmetemps
la cote intérieure et la cote extérieure. Pourpouvoir
appuyer lapièce
à mesurer contre lecylindre
tournant, unepièce d’appui,
tenue à la main par
l’opérateur,
était en outreprévue.
c)
Modeopératoire.
Pour
préparer automatiquement
le travail ducontrôleur,
lespièces
étaientplacées
dans desboîtes
spéciales
étudiées enconséquence,
lescinq
dernières, constituantl’échantillon,
étant automa-tiquement
mises àpart
dans unepartie
de la boîtespécialement disposée
pour cela.(1)
Ledispositif
rotatif peut être conçu de différentesfaçons
et il est d’autantplus
facile à réaliser que lapièce
est elle-même de formesimple.
Ainsi,
léspièces
à mesurer se trouvaient immédiatement à ladisposition
du contrôleur et si le résultat des mesures faisaitapparaître
une anomalie sur la carte decontrôle,
il suffisait de me’tre de côté la boîte considérée pourprocéder
àl’inspection
à cent pour centprévue
dans ce cas.III. - LA MISE SOUS
CONTRÔLE
PROPREMENT DITE DU TOURAUTOMATIQUE EXPOSÉ
A LA BIENNALE DES MACHINES-OUTILS(Paris, Septembre 1951).
Comme on a
déjà
eu l’occasion del’indiquer,
lafigure
1 donne le dessin de lapièce
usinéepar le tour
automatique
considéré lors del’expérience
ici décrite et la mise s ms contrôle de cet appa-reil consista d’une
part
à surveiller lesalésages,
d’autrepart
à surveiller les diamètres extérieurs despièces
usinées.Au
départ
del’expérience -
on l’aégalement indiqué - les
démonstrateurs n’avaient reçuaucune formation
particulière.
Dès l’abord un double
problème
se posa donc. Ilapparut qu’il
convenait :Iode former - au cours des
premières journées
de démonstration - lesrégleurs ;
’
20 ensuite,
seulement,
d’établir les deux cartes de contrôle relatives l’une aux diamètresextérieurs,
l’autre auxalésages.
En vue de former
rapidement
lepersonnel disponible,
on décida d’utiliser latechnique d’approche
décrite à la section ,. On se contenta donc de demander aux démonstrateursd’opérer
àpeu
près
tous lestrois-quarts
d’heure leprélèvement
des 5 dernièrespièces fabriquées ;
de mesurerleurs diamètres extérieurs et leurs
alésages ;
de ca~culer la moyenne etl’,amplitude
des 5 diamètres extérieurs et deporter
sur ungraphique
lespoints représentatifs
des résultats ainsi obtenus ; deprocéder
de même pour lesalésages.
Les mesures,grâce
àl’appareil
décrit à la section2,
étaienteffectuées
au micron.Fig. 8.
63
Les résultats obtenus au cours des deux
premières journées (ramenés
danschaque
cas à lacote
moyenne)
furent les suivants :Examinant ces résultats on constata donc : 10 une forte stabilité des
amplitudes ;
20 une forte instabilité des moyennes ;
or, un calcul
rapide -
sur latechnique duquel
ilparaît
inutile d’insister ici(il
estclassique
en cartede
contrôle)
- montra que l’instabilité des moyennes étaitincompatible
avec la stabilité desampli-
tudes. Pour des
amplitudes
moyennes de l’ordre de 10 à12 ki ,
comme c’était le cas, les moyennes des échantillons devaientnormalement,
tant pour les diamètres extérieurs que pour lesalésages,
se situer entre les limites
(- 7,
+7),
Fig.
9. Carte de contrôle du diamètre extérieur.L’explication
duphénomène
tenaità
ce que les démonstrateurs - soucieux detrop
bien faire -réglaient trop fréquemment
leur machine etcela,
defaçon
souventinopportune.
Le 3ème
jour,
on commençadonc,
en s’aidant desgraphiques jusque
là obtenus :10 à
expliquer
aupersonnel
cequi
s’étaitpassé
la*veille etl’avant-veille ;
20 à lui
présenter
les idées fondamentales concernant la carte de contrôle.Dès le
lendemain,
les diamètres extérieurs se stabilisèrent etpurent
être considérés comme« contrôlés». On
n’enregistra,
deplus,
aucun incident de cette date à la fin del’exposition.
Enfin, après
deuxjours d’application
de la méthode aux diamètresextérieurs,
ons’occupa
desalésages qui,a
leur tour, furent trèsrapidement
ramenés à l’intérieur de leurs limites de contrôle.Fig.
10. Carte decontrôle de l’alésage.
Les
figures
9 et 10reproduisent
l’ensemble des résultats obtenus durant la Biennale. Nous les croyonstrop spectaculaires
pour mériter d’êtredavantage
commentées. On constate, eneffet, qu’en
moins d’une semaine,
l’emploi
de la carte de contrôle apermis
à desrégleurs
dequalité
de diviserpar 2 la
dispersion
de leur fabrication.En terminant, nous
ajouterons qu’il
aégalement
étépossible,
au vu de cesrésultats,
depré-
ciser
l’aptitude
du tour au travailqui
lui était confié. Un calculclassique (et toujours élémentaire)
a en effet conduit à chiffrer à ±
!5 )~
ladispersion,
autour du diamètre extérieur moyen(21.80)
etde
l’alésage
moyen(17.10),
des résultats fournis - dans les conditions de marche examinées - parl’appareil
sous contrôle. Parcomparaison
aux intervalles de toléranceassignés
à ces deux cotessoit :
21.600 - 22.00 pour les diamètres
extérieurs ;
17.00 - 17.20 pour lesalésages,
il est ainsi devenu clair que, si le tour
répondait
dans lepremier
cas à cequ’on
attendait delui,
iln’en était pas tout à fait de même dans le second.