Contribution à l'intégration produit : processus de fabrication, application au domaine de la forge.

Accueil || Parcours || Recherche || S'enregistrer || Mon Compte || Contacts || Aide || Langues

Thibault, Alexandre (2008) Contribution à l'intégration produit : processus de fabrication, application au domaine de la forge. Doctorat Génie industriel, Laboratoire de Génie Industriel et de Production Mécanique de Metz, ENSAM 2008ENAM0016 p.174.

Plein texte disponible en tant que : - Thèse_Alexandre_Thibault_v1.5.pdf ( 9150 Kb )

Licence: Copyright

Résumé

Plusieurs raisons conduisent aujourd’hui à la nécessité de concevoir une pièce « fabricable » avec le moins de modification et le plus rapidement possible. Nous pouvons citer l’évolution et la mondialisation du marché, la réduction de la taille des séries et des délais de conception comme de réalisation, le fait que le coût d’un produit soit engagé à 80 % au niveau de la conception. C’est dans ce cadre qu’interviennent les outils et les méthodes de l’ingénierie intégrée.

Les travaux de cette thèse se positionnent plus précisément au niveau de la formalisation et de l’exploitation des liens qui existent entre le produit et le processus de fabrication. Une démarche a été définie afin d’encadrer la conception progressive de la pièce et de son processus de fabrication. Un outil venant en support à cette démarche a été spécifié. Deux pistes ont été abordées lors du développement de l’outil pour la façon de représenter et d’exploiter les connaissances : un premier formalisme utilisant une ontologie associée à un traitement par classification ou bien un second formalisme basé sur une représentation arborescente des processus de fabrication associée à un traitement par élagage. Cette dernière représentation est nommée « schéma de processus de fabrication ». Un cas d’étude est présenté afin de valider la démarche proposée en utilisant l’outil support. Ces travaux ont été appliqués à la forge en tenant compte des spécificités de ce domaine de fabrication (notamment la nécessité d’une considération plus globale de la pièce par rapport à l’usinage).

Références Bibliographiques

[Adetief 1974] ADETIEF. Classification morphologique des pièces estampées, 1974.

[Ahmed 2007] AHMED R., ROBELET M., BIGOT R., FISCHER D. Thixoforming of steels and industrial applications. AIP Conference Proceedings, vol. 907, p. 1136-1141, 2007.

[Aldanondo 2008] ALDANONDO M., VAREILLES E., DJEFEL M., BARON C., AURIOL G., GENESTE L., ZOLGHADRI M. Vers un couplage de la conception de produit avec la planification de son développement. Conférence Internationale de Modelisation et de SIMulation (MOSIM), Paris, avril 2008.

[Alsène 2002] ALSENE E., GAMACHE M., LEJEUNE M. Gestion des savoirs et des compétences, une articulation possible, mais limitée. 1er Colloque du groupe de travail Gestion des Compétences et des Connaissances en Génie Industriel, Vers l’articulation entre compétences et connaissances, Nantes, 12-13 décembre 2002.

[Altan 1997] ALTAN T. et VAZQUEZ V. Status of process simulation using 2D and 3D finite element method ‘What is practical today? What can we expect in the future?’ Journal of Materials Processing Technology, vol. 71, n°1, p. 49-63, 1997.

[Alting 1993] ALTING L. Life-Cycle Design of Products: A New Opportunity for Manufacturing Enterprises, Concurrent Engineering : Automation, Tools, and Techniques. /ed. by Andrew Kusiak, John Wiley & Sons, New York, ISBN 0-471-55492-8, 1993.

[Antoniou 2004] ANTONIOU G., VAN HARMELEN F. A semantic web primer /ed. by MIT Press, ISBN : 0-262-01210-3, 2004.

[Arenas 2004] ARENAS J.M., SEBASTIAN M.A., GONZALEZ C. Parametric classification based on technico-economic approaches to optimize the design and manufacturing of hot forged parts. Journal of Materials Processing Technology, vol. 150, p. 223-233, 2004.

[Arimoto 1993] ARIMOTO S., OHASHI T., IKEDA M., MIYAKAWA S. Development of Machining-producibility Evaluation Method (MEM), Annals of the CIRP, Prod. Eng. Research Laboratory Hitachi, Japan vol. 42 n°1, p. 119-122, 1993.

[Ashby 2004] ASHBY M.F., BRECHET Y.J.M, CEBON D., SALVOC L. Selection strategies for materials and processes. Materials and Design, vol. 25, p. 51-67, 2004.

[ASM 2005] ASM Handbook, Volume 14A: Metalworking: Bulk Forming, ISBN : 0-87170-706-3, 2005.

Disponible sur http://products.asminternational.org/hbk au 10/03/2008.



[Bassetto 2005] BASSETTO S. Contribution à la qualification et amélioration des moyens de production – application à une usine de recherche et de production de semi-conducteurs. Thèse de doctorat ENSAM, 2005.

[Baudouin 2006] BAUDOUIN C. Contribution à la qualification d'un processus de fabrication par une approche dimensionnelle : application au pignon conique forgé dit "net shape". Thèse de doctorat ENSAM, 2006.

[Bernard 2003] BERNARD A. Fabrication assistée par ordinateur /ed. by Lavoisier, Paris. ISBN : 2-7462-0618-8, 2003.

[Berviller 2002] BERVILLER L., BIGOT R., BRUYERE J. Conception intégrée de produits Net shape. 4th International Conference on Integrated Design and Manufacturing in Mechanical Engineering, n°130, p. 1-9, 2002.

[Berviller 2004] BERVILLER L., BAUDOUIN C., BIGOT R., LELEU S., MARTIN P. Integrated design and manufacturing of forged parts: illustration of the notion of technological traceability. 5th International Conference on Integrated Design and Manufacturing in Mechanical Engineering, 2004.

[Boothroyd 1994] BOOTHROYD G., DEWHURST P., KNIGHT W. Production Design for Manufacture and Assembly /ed. by Marcel Dekker Inc., ISBN 0-8247-9176-2, 1994.

[Boujut 1992] BOUJUT J.F., TICHKIEWITCH S. A step toward automatic dressing of a three dimensional stamped part. Journal of Materials Processing Technology, vol. 34, n°1-4, p. 163-171, 1992.

[Boujut 2001] BOUJUT J.F. Des outils aux interfaces – Pour le développement de processus de conception coopératifs. Thèse d’habilitation à diriger des recherches, Laboratoire Sols Solides Structures (3 S) – Institut national polytechnique de Grenoble, 2001.

[Boujut 2002] BOUJUT J.F., LAUREILLARD P. A co-operation framework for product-process integration in engineering design. Design Studies, vol. 23, p. 497-513, 2002.

[Bourgeois 1997] BOURGEOIS J.P. Gestion de projet. Techniques de l’ingénieur, T7 700, 1997.

[Brissaud 1997] BRISSAUD D. Contribution à la Modélisation des Processus d’Usinage dans un contexte de Conception Intégrée des Produits. Thèse d’habilitation à diriger des recherches, Laboratoire Sols Solides Structures (3S) – Université Joseph Fourier, Grenoble, 1997.

[Browne 1991] BROWNE L., TERNEY K., WALSH M. A two-stage assembly process planning tool for robot-based flexible assembly system. International Journal of Production Research, vol. 29, n°2, p. 247-266, 1991.

[Bruyère 2006] BRUYERE J. Contribution à l'optimisation de la conception des engrenages coniques à denture droite: analyse et synthèse de la géométrie et des tolérances. Thèse de doctorat ENSAM, 2006.

[Caporalli 1998] CAPORALLI A., GILENO L.A., BUTTON S.T. Expert system for hot forging design. Journal of Materials Processing Technology, vol. 80-81, p. 131-135, 1998.

[Cezard 2007] CEZARD P., BIGOT R., FAVIER V., ROBELET M. Thixoforming of Steel: Experiments on Thermal Effects. Advanced Methods in Material Forming /ed. by Springer, ISBN : 978-3-540-69844-9, 2007.

[Chamouard 1970] CHAMOUARD A. Estampage et Forge Tome 3, Technologie générale de l’Estampage, 1970.

[Chenot 1998] CHENOT J.L., BAY F. An overview of numerical modelling techniques. Journal of Materials Processing Technology, vol. 80-81, p. 8-15, 1998.

[Chenot 2002] CHENOT J.L., FOURMENT L. Numerical modelling of the forging process in industry. 17th International Forging Congress, Cologne / Dusseldorf, p. 57-68, 2002.

[Coyne 1990] COYNE R.D., ROSENMAN M.A., RADFORD A.D., BALACHANDRAN M., GERO J.S. Knowledge-Based Design Systems Reading. /ed. by Addison-Wesley, ISBN : 0-20110381-8, 1990.

[Cunningham 1999] CUNNINGHAM P., BONZANO A. Knowledge engineering issues in developing a case-based reasoning application. Knowledge based systems, vol. 12, p. 371-379, 1999.

[D’Aquin 2004] D’AQUIN M., BRACHAIS S., IEBER J., NAPOLI A. Kasimir : Gestion de connaissances décisionnelles en cancérologie. Actes du 2ème colloque du groupe de travail C2EI, 2004.

[Doumeingts 1984] DOUMEINGTS G. Méthode GRAI: méthode de conception des systèmes en productique. Thèse d’Etat, Université de Bordeaux I, 1984.

[Duverlie 1999] DUVERLIE P., CASTELAIN J.M. Cost estimation during design step: parametric method versus case based reasoning method. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 15, p. 895-906, 1999.

[Etienne 2007] ETIENNE A. Intégration Produit / Process par les concepts d'activités et de caractéristiques clés - Application à l'allocation des tolérances géométriques. Thèse de doctorat de l’université Paul Verlaine, Metz, 2007.

[Feng 1995] FENG C.X., KUSIAK A. Constraint-based design of parts, Computer-aided Design, vol. 27, n°5, p. 343-352, 1995.

[Fujikawa 1997] FUJIKAWA S., ISHIHARA A. Development of expert systems for forging processes. JSAE Review, vol. 18, n°2, p. 127-133, 1997.

[Gaucheron 1998] GAUCHERON M. Mise en forme de l’acier par estampage. Techniques de l’ingénieur, M3 200, 1998.

[Giusti 1989] GIUSTI F., SANTOCHI M., DINII G. Kaplan: a knowledge-based approach to process planning of rotational parts. Annals of the CIRP, vol. 38, n°1, p. 481-484, 1989.

[Glynn 1995] GLYNN D., LYONS G., MONAGHAN J. Forging sequence design using an expert system. Journal of Materials Processing Technology, vol. 55, n°2, p. 95-102, 1995.

[Grant 1996] GRANT P.W., HARRIS P.M., MOSELEY L.G. Fault Diagnosis for Industrial Printers Using Case-based Reasoning. Engineering Application in Artificial Intelligence, vol. 9, n°2, p. 163-173, 1996.

[Gruber 1993] GRUBER T. Towards Principles for the Design of Ontologies Used for Knowledge Sharing. In Formal Ontology in Conceptual Analysis and Knowledge Representation. /ed. by Kluwer Academic Publishers, 1993.

[Grundstein 2002] GRUNDSTEIN M. GAMETH : un cadre directeur pour repérer les connaissances cruciales pour l’entreprise. Rapport de recherche n°9, 2002.

[Gumus 2005] GUMUS B. Axiomatic Product Development Lifecycle (APDL) Model. Thèse de doctorat, Texas Tech University, 2005.

[Gupta 2003] GUPTA M., GALLOWAY K. Activity based costing and management and its implications on operations management. Technovation, vol. 23 n°3, p. 131-138, 2003.

[Herbeaux 1999] HERBEAUX O., MILLE A. Accelere: a case-based design assistant for closed cell rubber industry. Knowledge based systems, vol. 12, p. 231-238, 1999.

[Ishii 1990] ISHII K., LEE C.H., MILLER R.A. Methods for process selection in design. Proceedings of the ASME Design Theory and Methodology Conference, vol. 27, p. 105-112, 1990.

[Ishii 1991] ISHII K., KRIZAN S., LEE C.H., MILLER R.A. HyperQ/Process - An Expert System for Manufacturing Process Selection. Proceedings of the 6th Int Conf on AI applications in Engineering, p. 405-422, Oxford, 1991.

[Karkan 1993] KARKAN J.M., TJOEN G. Systèmes experts – Un nouvel outil pour l’aide à la décision. /ed. by Masson. ISBN : 2-87343-022-2, 1993.

[Kim 1999] KIM H.-S., IM Y.T. An expert system for cold forging process design based on a depth-first search. Journal of Materials Processing Technology, vol. 95, n°1-3, p. 262-274, 1999.

[Kim 2000] KIM D.Y., PARK J.J. Development of an expert system for the process design of axisymmetric hot steel forging. Journal of Materials Processing Technology, vol. 101, p. 223-230, 2000.

[Kumar 2006] KUMAR S., SINGH R., SEKHON G.S. CCKBS: A component check knowledge-based system for assessing manufacturability of sheet metal parts. Journal of Materials Processing Technology, vol. 172, p. 64-69, 2006.

[Lange 1985] LANGE K. Handbook of metal forming. /ed. by McGraw-Hill, New-York, ISBN 0-07-036285-8, 1985.

[Laureillard 2000] LAUREILLARD P. Conception intégrée dans l'usage : Mise en oeuvre d'un dispositif d'intégration produit-process dans une filière de conception de pièces forgées. Thèse de doctorat, Laboratoire Sols Solides Structures (3 S) – Institut National Polytechnique de Grenoble, 2000.

[Lee 1993] LEE I.B.H., LIRA B.S., NEE A.Y.C. Knowledge-based process planning system for the manufacture of progressive dies, International Journal of Production Research, vol. 31, n°2, p. 251-278, 1993.

[Lei 2001] LEI Y., PENG Y., RUAN X. Applying case-based reasoning to cold forging process planning. Journal of Materials Processing Technology, vol. 112, n°1, p. 12-16, 2001.

[Liao 2000] LIAO T.W., ZHANG Z.M., MOUNT C.R. A case-based reasoning system for identifying failure mechanisms. Engineering Application of Artificial Intelligence, vol. 13, p. 199-213, 2000.

[Lovatt 1998] LOVATT A.M., SHERCLIFF H.R. Manufacturing process selection in engineering design. Materials and Design, vol. 19, p. 205-230, 1998.

[Lovatt 2001] LOVATT A.M., SHERCLIFF H.R. Selection of manufacturing processes in design and the role of process modelling. Progress in Materials Science, vol. 46, n°3-4, p. 429-459, 2001.

[Luong 1995] LUONG L. H. S., SPEDDING T. An integrated system for process planning and cost estimation in hole making. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 10, n°6, p. 411-415, 1995.

[Marri 1998] MARRI H.B., GUNASEKARAN A., GRIEVE R.J. Computer-Aided Process Planning: A State of Art. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 14, p. 261-268, 1998.

[Martin 2001] MARTIN P., D’ACUNTO A., BRISSAUD D. Integration product – Manufacturing process: Approach and exemples. Manufacturing integrated management, /ed. by Zbigniew Banaszak & Jerzy Jedrzejewski, ISSN 1642-6568, vol. 1, n°1-2, p. 125-143, 2001.

[Mejasson 2001] MEJASSON P., PETRIDIS M., KNIGHT B., SOPER A., NORMAN P. Intelligent design assistant IDA: a case base reasoning system for material and design. Materials and design, vol. 22, p. 163-170, 2001.

[Mutel 1988] MUTEL B. Computer-Aided group technology integrated systems, Annals of the CIRP, vol. 37, n°1, 1988.

[Narang 1993] NARANG R. V., FISCHER G. W. Development of a framework to automate process planning functions and to determine machining parameters. International Journal of Production Research, vol. 31, n°8, p. 1921-1942, 1993.

[Noy 2004] NOY N.F., MCGUINNESS D. Développement d’une ontologie 101 : Guide pour la création de votre première ontologie. Université de Stanford, 2004.

[Paris 2003] PARIS H. Contribution à la coopération multi-acteurs : modélisation des contraintes de fabrication pour la conception simultanée d’un produit et de son process de fabrication. Thèse d’habilitation à diriger des recherches, Laboratoire Sols, Solides Structures (3S) – Université Joseph Fourier, Grenoble, 2003.

[Perret 1777] PERRET J.J. Mémoire sur l’acier, dans lequel on traite des différentes qualités de ce métal, de la forge, du bon emploi et de la trempe, 1777. Disponible sur http://books.google.com au 10/03/2008.



[Piechowiak 2003] PIECHOWIAK S. Intelligence artificielle et diagnostic. Techniques de l’ingénieur, S7 217, 2003.

[Robert 2001] Le grand Robert, édition 2001.

[Roboam 1993] ROBOAM M. La méthode GRAI : Principes, outils et démarche pratique /ed. by Teknea, ISBN : 2877170292, 1993.

[Schuler 1998] SCHULER GmbH. Metal Forming Handbook /ed. by Springer-Verlag, ISBN : 3540611851, 1998.

[Skander 2006] SKANDER A. Méthode et modèle DFM pour le choix des procédés et l’intégration des contraintes de fabrication vers l’émergence de la solution produit. Thèse de doctorat, Université Technologique de Troyes, 2006.

[Smith 1992] SMITH J.S., COHEN P.H., DAVIS J.W., IRANI S.A. Process plan generation for sheet metal parts using an integrated featurebased expert system approach. International Journal of Production Research, vol. 30, n°5, p. 1175-1190, 1992.

[Smith 1993] SMITH J.S., WYSK R.A., JOSHI S.B. A formal functional characterization of shop floor control. Texas A&M University working paper, 1993.

[Tichkiewitch 1984] TICHKIEWITCH S. COPEST: système expert pour la conception optimisée des pièces estampées. AFCET – Journées Systèmes Experts, Avignon, 1984.

[Tichkiewitch 1994] TICHKIEWITCH S. De la CFAO à la conception intégrée. International Journal of CAD/CAM and Computers Graphics, vol. 9, n°5, p. 609-621, 1994.

[Tisza 1995] TISZA M. Expert systems for metal forming. Journal of Materials Processing Technology, vol. 53, p. 423-432, 1995.

[TLF] Trésor de la langue française informatisé : http://atilf.atilf.fr au 10/03/2008.

[Todd 1994] TODD R.H., ALLEN D.K., ALTING L. Manufacturing processes reference guide /ed. By Industrial Press Inc., New York, ISBN : 0-8311-3049-0, 1994

[Vliet 1999] VLIET V.J., LUFFERVELT C., KALS H. State of the art report on design for manufacturing. Proceedings of ASME design engineering technical conference, DETC99/DFM-8970, Las Vegas, 1999.

[Vong 2002] VONG C.M., LEUNG T.P., WONG P.K. Case-based reasoning and adaptation in hydraulic production machine design. Engineering Applications of Artificial Intelligence, vol. 15, p. 567-585, 2002.

[Waltz 1972] WALTZ D. Generating semantic descriptions from drawings of scenes with shadows. MIT Libraries, 1972.

Disponible sur http://hdl.handle.net/1721.1/6911 au 10/03/2008.



[Watson 1999] WATSON I. Case-based reasoning is a methodology, not a technology. Knowledge-Based Systems, vol. 12, p. 303-308, 1999.

[Yannou 1998] YANNOU B. Les apports de la programmation par contraintes en conception. Conception de produits mécaniques: méthodes, modèles et outils /ed. by Hermès, ISBN : 2-86601-694-7, 1998.

[Yau 1998] YAU N.J., YANG J.B. Applying case-based reasoning technique to retaining wall selection. Automation in construction, vol. 7, p. 271-283, 1998.

[Zdrahal 1999] ZDRAHAL Z., VALASEK M., CERMAK J. Selecting Manufacturing Technology: A Knowledge Modelling Approach. Journal of Intelligent and Robotic Systems, vol. 26, p. 405-422, 1999.

Table des Matières

Introduction générale

Chapitre 1 : Forge, Intégration et Connaissances

1.1 Les métiers de la forge

1.1.1 Procédés de forge

1.1.2 Engins de forge

1.1.3 La conception de pièces forgées

1.1.4 La conception du processus de fabrication

1.1.5 Evolution du métier

1.1.6 Spécificités de la forge

1.1.7 Choix dus aux spécificités de la forge

1.2 Intégrer : gérer le lien entre produit et processus de fabrication

1.2.1 Choix des procédés

1.2.2 Conception pour la fabrication

1.2.3 Conclusion sur la gestion des liens entre produit et processus de fabrication

1.3 Représentation et exploitation des connaissances appliquées à l’intégration

1.3.1 Connaissance

1.3.2 Système expert

1.3.3 Ontologie

1.3.4 Raisonnement à partir de cas

1.3.5 Technologie de groupe

1.3.6 Approche par propagation de contraintes

1.3.7 Synthèse sur les différentes approches présentées

1.4 L’intégration appliquée au domaine de la forge

1.5 Conclusion

Chapitre 2 : Démarche IP3FR (Intégration Produit – Procédés – Processus de Fabrication – Ressources)

2.1 Définitions préalables

2.2 Objectif de la démarche IP3FR

2.2.1 Point de vue Fabrication

2.2.2 Point de vue Conception

2.3 Principe de la démarche

2.4 Description détaillée de la démarche IP3FR

2.4.1 Positionnement

2.4.2 Déroulement

2.4.3 Outils d’évaluation

2.5 Critique de la démarche

2.6 Illustration de la démarche

2.7 Conclusion

Chapitre 3 : Formalisation et exploitation des connaissances, application au domaine de la forge

3.1 Objectifs de la formalisation des connaissances

3.2 Objet de la formalisation (que faut-il formaliser ?)

3.3 Application des approches de gestion des connaissances

3.3.1 Application

3.3.2 Critiques des applications présentées

3.4 1ère proposition de formalisation : formalisation associée à une exploitation de type multi classification

3.4.1 Description de la formalisation

3.4.2 Conclusion sur la première proposition de formalisation

3.5 2ème proposition de formalisation : Schéma de processus de fabrication

3.5.1 Construction des schémas de processus de fabrication

3.5.2 Exploitation d’un schéma de processus de fabrication

3.5.3 Conclusion sur la seconde proposition de formalisation

3.6 Entretiens avec des experts

3.7 Conclusion

Chapitre 4 : Développement d’un démonstrateur pour le support de la démarche

4.1 Implémentation de la première formalisation : ontologie et multi-classification

4.1.1 Développement d’une ontologie OWL

4.1.2 Structure de l’ontologie développée

4.1.3 Utilisation manuelle avec l’éditeur Protégé

4.1.4 Automatisation : développement d’un programme associé à l’éditeur Protégé

4.1.5 Conclusion sur l’implémentation de la première formalisation

4.2 Implémentation de la seconde formalisation : Schéma de processus de fabrication

4.2.1 Spécification des paramètres de description d’une pièce

4.2.2 Définition des schémas de processus de fabrication

4.2.3 Définition des pièces à étudier

4.2.4 Raisonnements sur les schémas à partir d’une pièce à étudier

4.2.5 Conclusion sur l’implémentation de la seconde formalisation

4.3 Utilisation de l’application IP3FRTool et évolutions envisagées

4.3.1 Remarques sur le développement de l’application

4.3.2 Interfaces de l’application

4.3.3 Positionnement au niveau de la démarche

4.3.4 Evolutions envisagées

4.4 Exemple d’étude

4.5 Conclusion

Conclusion générale

Références bibliographiques

Valorisation scientifique

Glossaire

Annexes

Annexe 1 : Histoire de la forge

Annexe 2 : Description de la démarche sous la forme d’un diagramme IDEF-0

Annexe 3 : Compte-rendu d’entretien

Annexe 4 : Prise en compte des compatibilités dans le formalisme par schéma de processus de fabrication

Annexe 5 : Application de calcul du facteur de sécurité d’une pièce de révolution (type arbre)

Statistiques de consultation

Administrateurs de l'archive uniquement : éditer cet enregistrement