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Conception du syst` eme de fabrication de pi` eces m´ ecaniques en grand s´ eri

Conception du syst` eme de fabrication de pi` eces m´ ecaniques en grand s´ erie : formalisation de la conﬁguration g´ eom´ etrique (enveloppe) et cin´ ematique de Machine-Outil Reconﬁgurable (MOR) Hasan Aladad To cite this version: Hasan Aladad. Conception du syst` eme de fabrication de pi` eces m´ ecaniques en grand s´ erie : formalisation de la conﬁguration g´ eom´ etrique (enveloppe) et cin´ ematique de Machine-Outil Reconﬁgurable (MOR). Sciences de l’ing´ enieur [physics]. Arts et M´ etiers ParisTech, 2009. Fran¸ cais. <NNT : 2008ENAM0012>. <pastel-00005257> HAL Id: pastel-00005257 https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00005257 Submitted on 31 Jul 2009 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entiﬁc research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ ee au d´ epˆ ot et ` a la diﬀusion de documents scientiﬁques de niveau recherche, publi´ es ou non, ´ emanant des ´ etablissements d’enseignement et de recherche fran¸ cais ou ´ etrangers, des laboratoires publics ou priv´ es. N°: 2008 ENAM 0012 Ecole doctorale n° 432 : Sciences des Métiers de l’Ingénieur T H È S E pour obtenir le grade de Docteur de l’École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers Spécialité “Mécanique” Jury : M. Gabriel ABBA, Professeur, ENIM, Ecole Nationale d'Ingénieurs de Metz ................................ Examinateur M. Pascal RAY, Professeur, IFMA, LAMI, Clermont-Ferrand................................................................ Rapporteur M. Bernard ANSELMETTI, Professeur, Université Paris Sud 11, LURPA - Cachan ................................ Rapporteur M. Patrick MARTIN, Professeur, LCFC, Arts et Métiers ParisTech ................................................................ Examinateur M. Alain D’ACUNTO, Maître de Conférences, LCFC, Arts et Métiers ParisTech ................................ Examinateur Laboratoire de Conception Fabrication Commande (LCFC) Arts et Métiers ParisTech, centre de Metz Arts et Métiers ParisTech (Ecole Nationale Supérieure d’Arts et Métiers) est un Grand Etablissement dépendant du Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche, composé de huit centres : AIX-EN-PROVENCE ANGERS BORDEAUX CHÂLONS-EN-CHAMPAGNE CLUNY LILLE METZ PARIS présentée et soutenue publiquement par Hasan ALADAD le 6ème juillet 2009 CONCEPTION DU SYSTEME DE FABRICATION DE PIECES MECANIQUES EN GRANDE SERIE: FORMALISATION DE LA CONFIGURATION GEOMETRIQUE (ENVELOPPE) ET CINEMATIQUE DE MACHINE-OUTIL RECONFIGURABLE (MOR) Directeur de thèse : Patrick MARTIN Co-encadrement de la thèse : Alain D’ACUNTO T Åxá ÑtÜxÇàá T Åt ytÅ|ÄÄx T Åxá tÅ|á , CONCEPTION DU SYSTEME DE FABRICATION DE PIECES MECANIQUES EN GRANDE SERIE: FORMALISATION DE LA CONFIGURATION GEOMETRIQUE (ENVELOPPE) ET CINEMATIQUE DE MACHINE-OUTIL RECONFIGURABLE (MOR) RESUME: Tous les secteurs industriels sont aujourd’hui soumis à une pression économique importante et à une concurrence internationale accrue de part la globalisation des marchés. Pour répondre à cet état de fait, les entreprises sont contraintes d’innover et d’améliorer le cycle d’élaboration des produits et/ou processus depuis l’idée jusqu’au la mise sur le marché des produits. L’évolutivité rapide des produits et de la concurrence ont conduit les entreprises industrielles à faire un pas supplémentaire en imaginant de nouveaux systèmes de fabrication pour assurer simultanément une haute productivité et une haute flexibilité avec la contrainte nouvelle de changements rapides de famille de pièces. Le principe de « reconfigurabilité » de système de fabrication répond à ces contraintes. Or, il faut aujourd’hui faire preuve d’une très grande réactivité, pouvoir répondre rapidement à l’apparition d’un nouveau produit (évolution du design) et/ou une nouvelle demande (fluctuation de volume) afin de rester compétitif. L’objectif de notre travail est de proposer une méthodologie de conception concernant les « Machines-Outils Reconfigurable » (MORs). Ces nouvelles machines-outils disposant de multibroches sont une réponse face aux fluctuations (changements fréquents) de la demande, de manière rapide et rentable en tenant compte du nombre croissant de variantes (variabilité en fonctionnalités et en volumes). La particularité de ce type de machine par rapport aux autres types conventionnels réside dans la possibilité d’évolution au niveau de la capacité et/ou de la flexibilité et d’exécuter simultanément plusieurs opérations à l’aide de broches actionnant de façon simultanée. Le domaine concerné porte sur la fabrication de famille de pièces mécaniques essentiellement prismatiques utilisant les techniques d’usinage (fraisage, opérations axiales…). La validation de notre méthodologie passe par la simulation virtuelle de la machine-outil fondée sur la modélisation géométrique, cinématique en tenant compte des concepts d’entité d’usinage, de visibilité, d’accessibilité. Mots-clés: machine-outil reconfigurable, conception de machine de production (machine-outil, robot industriel, MMT), systèmes manufacturiers reconfigurables, configuration de machine, structure de machine, entités d’usinage, accessibilité MANUFACTURE SYSTEMS DESIGN OF MECHANICAL WORK PIECE IN MASS PRODUCTION: FORMALIZATION OF THE GEOMETRICAL (ENVELOPE) AND KINEMATIC CONFIGURATION OF RECONFIGURABLE MACHINE TOOL (RMT) ABSTRACT: Today all industrial sectors are subjected to an upward economic pressure and the international competition from the market globalization. To answer in this irrefutable fact, the companies are required to innovate and improve the cycle of product development and/or process from the idea to the product marketing. The fast changes in parts for existing products and competition have led the industrial companies to take an additional step by imagining new manufacturing systems to ensure simultaneously a high productivity and a high flexibility with additional constraints of rapid changes of the part family. This emergence of the “reconfigurability” we can date from the beginning of the year 1990. However, it is necessary today to show a very great reactivity, to be able to answer quickly the appearance of a new product and/or a new demand (fluctuation of volume) in order to stay competitive. The purpose of this paper is to propose and to validate a design methodology of the new paradigm concerning the “Reconfigurable Machine Tools” (RMT), which are one of the answers, faced with fluctuations of demands (frequent market changes), quickly and cost effective by taking into account the increasing alternatives (variability in terms of functionality and volume). The characteristic of this type of machine in relation to other conventional types lies in the upgrading capability in terms of the capacity and/or flexibility and to carry out simultaneously several operations using spindles actuating simultaneously. The field concerned this work is defined for the manufacturing of workpieces using the technology of prismatic machining (milling, axial operations…) based on different concepts of visibility, accessibility and machining features. Keywords: reconfigurable machine tool, design of production machine (machine tool, industrial robot, CMM), reconfigurable manufacturing systems, configuration of machine, structure of machine, machining features, accessibility - 5 - Remerciements Mon travail de thèse a été réalisé au sein d’Arts et Métiers ParisTech centre de Metz dans le Laboratoire de Conception Fabrication Commande (LCFC) dirigée par Monsieur Le Professeur des Universités Patrick MARTIN. Mes remerciements vont en tout premier lieu, à mon directeur de thèse M. Patrick MARTIN et Co-encadrement M. Alain D’ACUNTO pour m’avoir épaulé durant cette période de la thèse. C’est grâce à leurs remarques, leurs conseils et à leurs soutiens que j’ai pu débuter dans le monde de la recherche dans d’excellentes conditions. Je les en remercie grandement. Je tiens tout particulièrement à remercier Monsieur le Professeur des Universités Gabriel ABBA qui me fait l’honneur de présider ce jury. C’est un plaisir de reconnaître ce que je dois à Monsieur Pascal RAY, Professeur des Universités, directeur de l’Institut Français de Mécanique Avancée (IFMA) et à Monsieur Bernard ANSELMETTI, Professeur des Universités à l’IUT de Cachan d’avoir accepté d’être les rapporteurs de ce travail. Je tiens à exprimer toute ma gratitude à l’ensemble des personnes de l’école qui, de près ou de loin, ont contribué à ce travail, plus particulièrement, les membres de LCFC (la liste est trop longue pour figurer ici). À mes amis et plus particulièrement Adnan MARTINI, Hussein ALGALI, Mohamad GALIL, Nabih, Thaier, Amer BAQI, Marius MIHALUTA, Cyril NICOLAS, Henri PERRIN, Sandra ZIMMER, Sajid Ullah BUTT, Liaqat SHAH etc. Je remercie également ma grande famille et plus particulièrement mes parents, qui, depuis d’Alep, n’ont cessé de me soutenir. Cette page de remerciements ne pourrait pas se conclure sans que je remercie vivement à ma épouse Douha et à ma petite famille (Mounib, Mounir) pour leurs encouragements, qui m’a toujours aidée et soutenue dans mes projets personnels et professionnels durant ces années. Je dis tout ce que l’on ne peut pas écrire. Un grand merci à vous tous !!! - 6 - Sommaire - 7 - Table des matières Remerciements...................................................................................................................... - 5 - Table des matières................................................................................................................. - 7 - Notations ............................................................................................................................. - 10 - Table des figures ................................................................................................................. - 14 - Table des tableaux............................................................................................................... - 17 - Avant-propos....................................................................................................................... - 19 - I. Chapitre I : Introduction, état de l’Art......................................................................... - 23 - I.1 Introduction générale........................................................................................... - 24 - I.1.1 Enjeux et contexte........................................................................................... - 24 - I.1.2 Objectifs, hypothèses ...................................................................................... - 26 - I.2 Systèmes manufacturiers..................................................................................... - 27 - I.2.1 Préambule........................................................................................................ - 27 - I.2.2 Système manufacturiers dédiés....................................................................... - 28 - I.2.3 Système Manufacturiers Flexibles .................................................................. - 29 - I.2.4 Système Manufacturier Reconfigurable.......................................................... - 31 - I.3 Machine–Outil Reconfigurable........................................................................... - 35 - I.3.1 Introduction..................................................................................................... - 35 - I.3.2 SHIVA, machine-outil multibroche ................................................................ - 36 - I.3.3 Université du Michigan, Arch-Type RMT...................................................... - 37 - I.3.4 METEOR 2010 ............................................................................................... - 40 - I.3.5 Modélisation des machines-outils................................................................... - 41 - I.3.6 Bilan ................................................................................................................ - 43 - uploads/Industriel/ these-hasan-aladad.pdf