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1 - CONTEXTE ET VOCABULAIRE

2 - APPLICATION DE SYSTÈMES D’AIDE À LA DÉCISION POUR LA CONCEPTION DE GAMMES

3 - APPLICATION DE SYSTÈMES D’AIDE À LA DÉCISION POUR LA MAÎTRISE D'UN PROCESSUS DE FORGEAGE

4 - CONCLUSION

5 - REMERCIEMENTS

6 - GLOSSAIRE

7 - SIGLES ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : M3666 v1

Contexte et vocabulaire
Application des systèmes d’aide à la décision aux processus de forgeage

Auteur(s) : Zakaria ALLAM, Cyrille BAUDOUIN

Relu et validé le 21 sept. 2021

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RÉSUMÉ

Cet article présente l’architecture de systèmes d’aide à la décision retenu dans le cadre du forgeage. Une première illustration de la mise en œuvre de ces systèmes est faite sur la proposition de gammes de forgeage compatibles avec les ressources disponibles et leurs capabilités. Cela permet d’évaluer la faisabilité et d’effectuer assez rapidement des propositions technico-économiques. Une seconde illustration montre quels paramètres du processus il est judicieux de mettre sous surveillance pour garantir une meilleure maîtrise du processus. Cela permet de déceler, en temps réel et sans mesure sur les pièces, les dérives qu’il est nécessaire de corriger avant de conclure à un rebut.

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ABSTRACT

Decision support system applied to forging processes

This article presents the architecture of the decision support systems dedicated to forging processes. The first application of these systems is linked to process design determination, according to the means of production used and their capabilities. The first application evaluates feasibility and allows technical and economic offers to be made quickly. The second application concerns the determination of key process parameters whereby real-time process monitoring can be carried out without measurement on parts.

Auteur(s)

  • Zakaria ALLAM : Docteur ingénieur en mécanique et procédés de fabrication - Laboratoire de Conception Fabrication Commande (LCFC, EA 4495), Arts et Métiers ParisTech, Metz, France

  • Cyrille BAUDOUIN : Ingénieur Arts et Métiers - Maître de Conférences à Arts et Métiers, ParisTech, Metz - Laboratoire de Conception Fabrication Commande (LCFC, EA 4495), Arts et Métiers ParisTech, Metz, France

INTRODUCTION

Longtemps considéré comme un procédé d’obtention de pièces brutes finies par usinage, le forgeage permet, aujourd’hui, la réalisation de pièces à haute valeur ajoutée. La fabrication de pièces net shape (finies de forge, sans reprise de finition), l’amélioration des caractéristiques mécaniques en service (résistance à la fatigue…) ou la réduction de masse et/ou de volume, toutes choses étant égales par ailleurs, sont, par exemple, des axes de développement de ce procédé de mise en forme par déformation plastique. Ces réflexions sont devenues possibles grâce à une meilleure qualité des moyens de production et de leur système de pilotage. La mise en œuvre de gammes de plus en plus techniques nécessite alors le recours à des experts en production, en bureau d’études ou de méthodes.

Paradoxalement, l’attachement à une entreprise est de moins en moins fréquent, le turn-over des cadres est de plus en plus rapide. Le savoir et le savoir-faire liés aux individus diminuent donc dans l’entreprise à chaque départ d’expert. Former de nouveaux référents prend du temps. Il existe généralement une connaissance capitalisée par projet ou suivant des conseils de bonne pratique, mais cela n’est pas toujours adapté aux besoins réels de réactivité et de productivité de l’entreprise.

En effet, la plupart du temps, les décisions dans les forges sont prises par des experts à partir de leur expérience et à partir d’analyses de cas similaires, grâce à des essais souvent itératifs pour corriger les erreurs non prévisibles. Chercher une information auprès des experts dont la disponibilité est limitée, ou dans les archives de la société, est souvent chronophage ; d’où l’idée d’utiliser l’intelligence artificielle pour développer des outils d’aide à la décision en forgeage.

Fondés sur un système expert, ces outils sont constitués d’une base de connaissances d’une part et d’un mécanisme d’exploitation d’autre part. Les moteurs de recherche accélèrent l’accès à l’information pour aider à prendre les bonnes décisions. Les connaissances nécessaires pour cela peuvent être capitalisées par les experts en amont, et au fur et à mesure de leur acquisition. La connaissance des experts et leur exploitation peuvent alors être dissociées.

L’article commence par une présentation du contexte global et des notions de base de l’approche ; le forgeage et les systèmes d’aide à la décision y sont illustrés. Les débuts des systèmes d’aide à la décision appliqués au forgeage sont évoqués avant de traiter deux exemples de développement plus récents. Le premier aborde la mise en place de gammes à partir de connaissances métiers, des moyens de production disponibles dans l’atelier de forgeage et de leur capabilité. L’aide apportée facilite l’étude de faisabilité et permet d’établir des devis assez rapidement. Le second aborde la maîtrise des processus de fabrication. L’aide apportée contribue à l’identification des paramètres à surveiller pour déceler des dérives en temps réel, et à leur correction pour éviter la mise au rebut de pièces.

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KEYWORDS

decision support system   |   forging   |   shaping by plastic deformation   |   knowledge-based systems   |   manufacturing route   |   process monitoring

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m3666


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1. Contexte et vocabulaire

1.1 Processus de forgeage

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1.1.1 Obtention de pièces forgées

De manière générale, le terme forgeage est utilisé pour désigner toute opération de mise en forme de pièces massives par déformations plastiques ; c’est-à-dire que la forme de la pièce souhaitée est obtenue, à chaud ou à froid, en appliquant une force provoquant la déformation plastique de la pièce. Cette force dépend de la géométrie de la pièce, du frottement sur les outils et de la contrainte d’écoulement plastique du matériau [M 3 007]. Dans cet article, lorsque le terme forgeage est utilisé, il intègre aussi, par abus de langage, toutes les opérations réalisables par laminage. En effet, le laminage permet parfois d’obtenir des préformes qui sont ensuite forgées. On parlera alors généralement de forgeage pour l’ensemble des opérations sans apporter la précision nécessaire pour les opérations de laminage. La figure 1 permet de positionner ce procédé générique par rapport aux autres procédés d’obtentions de pièces mécaniques.

Une pièce forgée est obtenue par une succession d’opérations de transformation. Cette suite d’opérations, plus ou moins longue et complexe, est appelée gamme de fabrication. À l’issue de chaque opération de la gamme, l’état de la pièce évolue. La figure 2 illustre une gamme de fabrication d’un pignon conique net shape (sans reprise de finitions) pour différentiel automobile, et une gamme de fabrication d’une prothèse de hanche. Il est alors possible de caractériser chacun de ces états par un ou plusieurs paramètres liés à la pièce (géométriques,...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - TODD (R.H.), ALLEN (D.K.), ALTING (L.) -   Manufacturing processes reference guide.  -  Industrial Press (1994).

  • (2) - KALPAKJIAN (S.), SCHMID (S.R.) -   Manufacturing processes for engineering materials.  -  6ème edition, Pearson-Prentice Hall, Singapore (2010).

  • (3) - ASHBY (M.), SHERCLIFF (H.), CEBON (D.) -   Matériaux : ingénierie, science, procédé et conception.  -  3e édition. Presses polytechniques et universitaires romandes, Lausanne (2013).

  • (4) - KARKAN (J.M.), TJOEN (G.) -   Systèmes experts : un nouvel outil pour l'aide à la décision.  -  Office international de librairie, Bruxelles. Masson, Paris, Milan, Barcelone (1993).

  • (5) - DEBRAUWER (L.) -   Design patterns pour C# : les 23 modèles de conception : descriptions et solutions illustrées en UML 2 et C#.  -  Éditions ENI (2011).

  • ...

NORMES

  • AFNOR – Forge par estampage et matriçage, Vocabulaire. Association Française de Normalisation (AFNOR). - NF E 82-000 - 1984

  • AFNOR – Guide pour la mise en place de la Maîtrise Statistique des Processus. Association Française de Normalisation (AFNOR). - X 06-030 - 1992

  • GUM 1995 avec des corrections mineures. Évaluation des données de mesure – Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure. BIPM (2008). - ISO Guide JCGM 100 :2008 -

1 Outils logiciels

BARATTO (F.), DE TINSEAU (C.), BIGOT (R.), BASTIEN (A.), SIADAT (A.), ÉTIENNE (A.), DANTAN (J.Y.), Outil d’aide à la mise en place de gamme : OMEGAM, version 1, IDDN. 20600 (2012).

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