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42 t e c h n o l o g i e 1 6 6 m a r s 2 0 1 0 l est important, avant de découvrir cette étude de cas, de définir les conditions préalables pour qu’un étudiant de STS IPM puisse aborder avec sérénité et autonomie l’épreuve E52 par les plans d’expériences. Commençons par définir succinctement ce qu’est un plan d’expériences, et rappelons que pour de plus amples explications il est nécessaire de se reporter au numéro 164, auquel nous ferons fréquemment référence. Un plan d’expériences est une suite d’essais, entière- ment organisée à l’avance, dont l’objectif est de déter- miner, en un minimum d’essais et avec un maximum de précision, l’influence des différents facteurs contrô- lés, afin d’optimiser la performance de conception ou de fabrication industrielle d’un produit. Dans un processus industriel, le problème qui se pose généralement pour la qualification et l’optimisation du processus réside dans la variabilité des éléments d’en- trée et des conditions de fabrication, qui entraîne une perte de qualité. Au départ, le processus peut s’apparenter à une « boîte noire » 1 où une quantité de paramètres non maîtrisés (bruits) viennent interférer. Il n’est alors pas possible de dire avec certitude comment ce processus fonctionne, quels sont ses défauts, ses variations, et donc de le maî- triser totalement. Les bruits doivent disparaître à la suite d’expérimentations qui vont permettre de rendre le processus transparent 2 . On sera alors en mesure de le maîtriser totalement, car on en connaîtra le fonc- tionnement, les variations et les défauts. ● Les prérequis Il est important de ne pas prendre du temps sur les cent heures de projet de l’E52 pour apporter les savoirs et savoir-faire liés à l’expérimentation et plus parti culièrement à la méthode des plans d’expériences. L’outil est abordable, mais riche. Il est donc fondamental que la démarche soit abordée en cours et en travaux diri- gés, mais aussi dans les différentes activités de travaux pratiques (voir des « Exemples de thèmes et d’activi- tés de TP » en encadré) pendant le deuxième semestre de formation, comme cela est prévu dans les Repères pour la formation de septembre 2006. ● L’étude de cas L’étude présentée ici est parfaitement adaptée à l’utilisa- tion d’un plan d’expériences comme outil de résolution de problème par expérimentation. Il s’agit de déterminer les conditions d’usinage permettant de minimaliser et maî- triser la rugosité spécifiée de pièces produites en série. Attention, il s’agit d’une présentation applicative, ne comportant que de brefs rappels sur la méthode et la terminologie ; il est donc conseillé de prendre préala- blement connaissance de la méthode des plans d’expé- riences et de lire la première partie de l’article. Nota : Sauf explication complémentaire, l’ensemble de l’étude est le fruit du travail personnel de l’étudiant, qui s’est appliqué à suivre rigoureusement la méthode. Il va de soi qu’il peut y avoir des imperfections, mais il s’agit Nous vous présentions dans la première partie (Technologie no 164, nov.-déc. 2009) la méthode des plans d’expériences. S’agit-il d’un outil trop complexe pour le candidat au BTS ? Preuve que non, ce retour d’expérience issu du travail d’un étudiant pendant les cent heures allouées. BTS IPM L’épreuve E52 traitée par les plans d’expériences Pascal Malo [1] mots-clés lycée technologique, outil et méthode, postbac, processus, projet, qualité, référentiel et programme [1] Professeur certifié de génie mécanique - productique au lycée Jules-Ferry de Versailles (78). 2 La représentation du processus comme une boîte transparente Boîte transparente Bruits Paramètres maîtrisables Réponses mesurables 1 La représentation du processus comme une boîte noire Boîte noire Bruits Paramètres maîtrisables Réponses mesurables m a r s 2 0 1 0 t e c h n o l o g i e 1 6 6 43 ● La pièce La bague tournante 3 appartient à l’ensemble « verrou de sûreté de porte blindée » de la société Suretex. Sa fonction est de protéger des agressions humaines le canon de verrouillage, dont le rôle est d’enclencher le verrou de sûreté. Pour pouvoir être commercialisé, le système doit répondre aux exigences de la norme A2P. Sa durée de vie est la même que celle d’un système de serrure à 2, 3 ou 4 points, et son esthétique doit lui permettre de s’intégrer harmonieusement à la porte blindée. Depuis des années, l’entreprise Suretex a choisi pour des raisons non communiquées de réaliser les phases 10 et 20 du processus 4 en privilégiant la productivité. Les paramètres de coupe et le débit copeaux maximal font obtenir en moyenne des états de surface dont Ra varie de 3,2 à 6,3 µm. Une phase de polissage avant traitement de surface permet l’obtention de l’état de surface imposé (Ra = 0,6 µm). ● La raison de l’étude Le processus actuel d’obtention de la pièce nécessite une phase de polissage après le tournage réalisé chez Suretex. Cette phase est réalisée par un sous-traitant qui polit l’extérieur de la pièce. En fonction du proces- sus de polissage, de son réglage et de la longueur de la bague, le polissage se fait généralement bien au-delà de la zone spécifiée voire dans certains cas sur la lon- gueur totale de la pièce. Le polissage est facturé au temps passé. De ce fait, Suretex ne maîtrise ni les délais ni les coûts de réalisa- tion de ses bagues tournantes. Il lui est donc impossible de gérer efficacement sa production et ses coûts. De plus, c’est à la société chargée du polissage de trans- mettre le lot de bagues polies à un autre sous-traitant ayant en charge le revêtement de surface (chromage ou dorure) 5 . Il est alors fréquent que Suretex récep- tionne des lots terminés conformes du point de vue du revêtement de surface (aspect et épaisseur) mais dont la qualité de polissage insuffisante rend immédiate- ment les bagues non conformes et stoppe le processus d’assemblage de la serrure de sûreté, engendrant une insatisfaction du client. Le traitement de ce type de non-conformité se fait donc au plus tard et crée des difficultés dans la défini- tion des responsabilités et la gestion du litige. d’évaluer la démarche suivie par le candidat pour gérer un projet de qualification de processus dont l’objectif est de résoudre une problématique industrielle. Sujet et données de l’étude Pour des raisons de confidentialité, les noms de l’entre- prise et des sous-traitants ne seront pas dévoilés. Nous appellerons la société commanditaire Suretex. (seconde partie) 3 Le dessin de définition de la bague tournante de type A 4 Le processus de réalisation des bagues tournantes SURETEX Approvisionnement matière première S300 Pb SURETEX Usinage phase 10 et 20 sur T CN 2 axes Sous-traitance Polissage zone spécifée Sous-traitance Traitement de la pièce 44 t e c h n o l o g i e 1 6 6 m a r s 2 0 1 0 Il faut prendre également en considération que, si le périmètre de l’étude se limite à la bague de type A série courte (40,5), l’entreprise Suretex propose plus de quinze références de bagues. L’intérêt technico- économique est donc conséquent. ● Le problème technique Comment obtenir en phase 20 la rugosité de 0,6 µm au maximum directement par outil coupant en tournage de finition dans la zone repérée en rouge sur la figure 6 ? L’objectif est de supprimer la phase de polissage avant chro- mage pour permettre de réduire les délais et les coûts en garantissant systématiquement la satisfaction du client. La conduite de la recherche expérimentale Pour la première partie de son étude, l’étudiant s’appuie sur la démarche présentée dans le numéro 164, p. 35, dans l’organigramme de conduite d’une recherche. Il dresse l’inventaire des informations dont il dispose, après avoir effectué des recherches bibliographiques, compulsé des expériences industrielles, sollicité des hommes de terrain, professeurs et experts techniques. Signalons à ce propos que l’un de ces experts, en échange d’explications sur cette méthode qu’il ne connaissait pas et qui éveillait sa curiosité, a fourni gratuitement les différentes plaquettes. L’étudiant collecte ainsi des abaques sur le choix de plaquettes et leurs impacts sur l’obtention d’un état de surface. Par contre, il n’y a pas d’information concrète quant à l’effet de chacun des paramètres sur la varia- tion de la réponse (Ra en µm) et leur hiérarchisation, ou sur la présence éventuelle de phénomène d’interac- tions entre les facteurs. La perception initiale du processus a donc l’allure d’une boîte noire dans laquelle il est impossible de prévoir exactement les réponses, aléatoires, ou de connaître avec certitude le mécanisme. Il existe pro- bablement un nombre important de facteurs influents. Partant de ce constat, l’étudiant prévoit et réalise des expériences pour augmenter le capital d’informations, l’ensemble constituant le plan d’expériences. Les essais prévus doivent permettre de répondre aux questions posées, sans oubli (validité du plan) ni redon- dance (économie). Il s’agit de déterminer les facteurs à tester, de connaître leurs effets et leurs interactions, pour pouvoir régler les paramètres afin d’obtenir la qualité de surface souhaitée. L’étudiant peut évaluer correctement la charge de travail et les besoins en matériels, tout uploads/Industriel/ 1330-166-p42.pdf