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Frédéric CHARPENTIER – Luc MATHIEU Journée thématique AIP-PRIMECA sur le Toléra

Frédéric CHARPENTIER – Luc MATHIEU Journée thématique AIP-PRIMECA sur le Tolérancement du 23 septembre à l'ENS de Cachan. 1 L’analyse fonctionnelle technique, une solution pour la recherche des conditions fonctionnelles géométriques Frédéric Charpentier*, Luc Mathieu**, * Professeur Agrégé de Génie Mécanique Formateur Vacataire à l’ESCPI/CNAM dans la formation ingénieurs 2000. E-mail : Frederic.Charpentier@cfc-technic.com **MDC CNAM PARIS, chercheur LURPA ENS Cachan 61 Avenue du Président Wilson - 94235 Cachan Cedex - France E-mail: mathieu@lurpa.ens-cachan.fr Résumé Cet article propose une démarche basée sur l’analyse fonctionnelle technique du produit pour aider à la recherche des Conditions Fonctionnelles Géométriques. Cette démarche met en œuvre deux outils, le schéma de flux ou bloc diagramme et le Tableau d’Analyse Fonctionnelle Technique (TAFT). Le premier permet de recenser les fonctions techniques élémentaires (FTE) de contact et de flux par l’analyse du mécanisme étudié et le second de capitaliser les résultats de l’analyse technique du fonctionnement d’un composant dans son environnement fonctionnel. La démarche conduit tout naturellement à définir les caractéristiques que doivent vérifier les composants pour que chaque FTE soit satisfaite. Parmi ces caractéristiques, celles de nature géométrique représentent les spécifications à appliquer au composant ou à transférer, appelées conditions fonctionnelles géométriques. Abstract This paper presents a process, based on a technical product analysis method to help the designer to search the geometrical functional requirements for tolerancing. This process use two tools, the flux schema or bloc diagram and the functional analysis table. The first tool allows the designer to make an inventory of all basic technical functions that the component studied have to satisfy. We distinguish basic function of contact and basic function of flux. The second tool allows the designer to capitalize all the informations usefull for the functional specification of a component. The process leads naturally the designer to express the charactéristics that the component have to carry out. Among all the characteristics, those that the nature is geometric represent the geometric specification applied directly to the component or a condition to be tranfered. These geometric functional conditions are the inputs of a 3D tolerance chain. 1 Introduction. La cotation fonctionnelle des produits devient une préoccupation grandissante dans les démarches de conception intégrée. Pour pouvoir prendre en compte au plus tôt les contraintes de fabrication dans la définition des produits, les spécifications fonctionnelles sur les pièces ont besoin d’être déterminées. Seulement pour la plupart, celles-ci dépendent d’exigences fonctionnelles à satisfaire sur le produit. Cet article propose une démarche basée sur l’analyse fonctionnelle technique du produit à partir des premières solutions technologiques de conception. La première étape consiste à étudier les contacts souhaités et les non Frédéric CHARPENTIER – Luc MATHIEU Journée thématique AIP-PRIMECA sur le Tolérancement du 23 septembre à l'ENS de Cachan. 2 Palier d’excentrique. Corps Joint Vis Arbre contacts recherchés entre les composants du mécanisme. Pour chacun d’eux, les fonctions techniques élémentaires supportées par chacune des liaisons sont caractérisées par des CFG (Condition Fonctionnelle Géométrique) applicables soit directement sur les surfaces ou entre des surfaces de plusieurs composants. La deuxième étape porte plus particulièrement sur l’analyse des flux traversant les liaisons et les composants. La encore, le bon respect des exigences sur les flux se traduit par des CAE (Condition d’Aptitude à l’Emploi) qui se caractérisent par des CFG sur les composants ou entre les composants [1]. Pour aider à la recherche des CFG et des CAE, une typologie de fonctions techniques élémentaires est proposée. L’ensemble de cette analyse fine du fonctionnement du mécanisme est capitalisé pas à pas dans un outil appelé TAFT (Tableau d’Analyse Fonctionnelle Technique) [4]. Les CFG sont alors traduites directement en spécifications sur les composants et entre eux, disponibles pour être traitées par des outils de chaînes de cote 3D. La démarche proposée a fait l’object d’une forte expérimentation industrielle dans le domaine de l’automobile et tend à pénétrer d’autres secteurs industriels. Pour expliciter cette démarche, nous vous proposons de l’appliquer à un système : le simulateur de rameur. 2 Présentation du système. La maquette numérique du simulateur de rameur permet d’analyser le système, Fig.1. Nous proposons d’étudier le composant : palier d’excentrique afin d’illustrer la démarche proposée, Fig.2. Le périmètre de notre étude inclus les composants suivants : les vis entre le corps et le palier d’excentrique, le joint torique et le palier d’excentrique. Les autres composants sont hors de notre périmètre de l’étude. Ces derniers composants ne sont pas de la responsabilité du concepteur. Nous allons identifier toutes les conditions fonctionnelles géométriques sur le composant : palier d’excentrique. Composant : Nous définissons par le terme composant, un ensemble de pièces dont l’organisation interne n’est pas de la responsabilité du concepteur produit. Un composant peut être une pièce (palier d’excentrique, Fig. 2. ), ou un ensemble de pièces (roulement, Fig. 3.). 3 Tableau Analyse Fonctionnelle Technique (TAFT). 3.1 Objectif du TAFT. L’objectif du tableau d’analyse fonctionnelle technique est de capitaliser la démarche de l’analyse fonctionnelle technique. L’outil TAFT établi pour chaque composant s’appuie sur la base d’un tableau constituée d’un ensemble de colonnes : • des fonctions techniques élémentaires FTE. • des sollicitations du composant en interaction avec le composant étudié. Le composant étudié Liaisons - Surfaces Agit sur quoi Complément Remarques complémentaires Sollicitations Critères d'acceptations Quoi Combien Figure 4 : Axes potentiels du TAFT. AMDEC produit Spécifications macro et micro géométriques du composant. TAFT Hiérarchisation des caractéristiques produit / process. (HCPP)[5]. Figure 2 : Palier d’excentrique. Figure 1 : Simulateur de rameur. Maquette numérique de Lilian CARILLET LEP - E. Branly - CRETEIL Figure 3 : Composant « roulement » Frédéric CHARPENTIER – Luc MATHIEU Journée thématique AIP-PRIMECA sur le Tolérancement du 23 septembre à l'ENS de Cachan. 3 • des critères d’acceptation des fonctions techniques élémentaires. En fonction des axes de développement, comme l'Analyse des Modes de Défaillance, de leurs Effets et de leurs Criticités (AMDEC) , ou l’analyse de la Hiérarchisation des Caractéristiques Produit / Process (HCPP), ou l’analyse des spécifications micro-géométriques ou macro-géométriques du composant (spécifications GPS), le tableau de base est étendu par l’ajonction de colonnes compléméntaires permettant de capitaliser les différentes analyses, Fig 4. Dans la suite de notre développement, nous présentons l’axe : spécifications macro et micro-géométriques du composant. La configuration du TAFT peut s’exprimer sous cette forme, Fig 5. En conclusion, ce tableau a pour objectif. • de traduire les FTE en données pour la cotation fonctionnelle. • de regrouper les fonctions assurées pour chaque composant pour l’ensemble des phases du profil de vie. Nous allons recenser dans ce tableau l’ensemble des fonctions techniques élémentaires de contact souhaité ou non souhaité et les fonctions techniques élémentaires de flux appartenant aux différentes phases du profil de vie du composant. 3.2 Principe de fonctionnement du TAFT. La mise en œuvre du tableau d’analyse fonctionnelle technique s’effectue durant la réalisation de la démarche d’analyse fonctionnelle technique. Les colonnes valident chaque étape de la démarche. Il est nécessaire d’associer des outils et des méthodes complémentaires afin d’aider le concepteur produit Fig. 6. Schéma de flux Ou Bloc diagramme Graphe des contacts élémentaires. HCP de la démarche HCPP Méthode associée aux chaînes de cotes. Outils associés à la mécanique. Outils associés à la physique. Outils associés aux langages normalisés de codification des spécifications (normes GPS). Figure 6 : Outils et méthodes complémentaires. Critères d'acceptation Risque Caractéristiques des surfaces CAE - CFG Combien Comment Mode de défaillance Classe de gravité Quoi Combien HCP Liaisons - Surfaces Sollicitations Critères d'acceptation N° Agit Sur quoi Complément Remarques complémentaires Surf. 1 Surf. 2 Surf. 3 GF Quoi Combien Composant étudié Figure 5 : TAFT type. Description des fonctions techniques élémentaires. Éléments géométriques concernés. Ce qui permet de valider chaque FTE. Ce à quoi est soumis le composant. Spécifier les caractéristiques des surfaces (GPS). Classe de gravité de la CFG. Frédéric CHARPENTIER – Luc MATHIEU Journée thématique AIP-PRIMECA sur le Tolérancement du 23 septembre à l'ENS de Cachan. 4 Figure 8 : FTE de contact. FTE Complément de la FTE Condition d’existence d’une FTE. 4 Analyse fonctionnelle technique. Pour illustrer la démarche associée à l’utilisation du tableau d’analyse fonctionnelle technique, nous allons développer l’étude du composant : palier d’excentrique. L’ensemble de la démarche d’analyse fonctionnelle technique n‘est pas détaillé, mais permet de situer les différentes étapes d’utilisation du TAFT. Toutes les phases du profil de vie ne sont pas développées ; nous détaillerons la phase correspondant au système monté, dans la sous – phase, en fonctionnement. Le cahier des charges de l’analyse fonctionnelle du besoin est défini. Une proposition de solution du choix des composants est retenue pour le départ de cette analyse. Dans le périmètre de l’étude attribué au concepteur produit, les composants retenus sont les suivants : • les N x vis, • le palier d’excentrique • et le joint torique, 4.1 Le schéma de flux. Le schéma de flux permet d’identifier toutes les relations des composants entre eux et avec les éléments du milieu d’utilisation dans la phase considérée du profil de vie, Fig. 7. Ces relations sont représentées graphiquement par des ensembles de traits rectilignes ou courbes. 4.2 Les fonctions techniques élémentaires. Une fonction uploads/Management/ acte-primeca.pdf