Brevet FR2692377A1 — publié le 19931217

La présente invention concerne un procédé de régulation de qualité pour un équipement de fabrication de pièces, notamment une machine de moulage par injection. Elle vise également un système pour sa mise en oeuvre et un clavier de saisie de qualité associé. Les exigences croissantes de qualité dans la fabrication de pièces en série ont amené les constructeurs d'équipement à étudier et concevoir des procédés permettant d'assurer un régulation de qualité continu à tous les stades de fabrication. I1 existe évidemment déjà des procédés de régulation de qualité sur des équipements industriels pour lesquels des capteurs de qualité en ligne ou en temps réel sont effectivement disponibles. Cependant, il n'existe pas actuellement de capteur en temps réel qui permette de mesurer la qualité d'aspect, par exemple des rayures ou l'absence de dépression, sur des pièces fabriquées par une machine de moulage par injection. Par ailleurs, la fabrication de pièces de très haute qualité justifie la présence d'un opérateur en ligne. De plus, la surveillance par des moyens automatiques de processus de fabrication de pièces requiert un équipement qui est bien souvent trop coûteux. Jusqu'à présent, en l'absence de capteur de qualité en temps réel, la qualité des pièces fabriquées est généralement mesurée hors ligne, ce qui a pour effet d'introduire un délai prohibitif entre l'apparition effective d'un défaut, et son constat par les personnels de contrôle, occasionnant inévitablement des retard et des coûts supplémentaires de fabrication. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de régulation de qualité pour un équipement de fabrication de pièces, comprenant l'acquisition d'informations physiques relatives au processus de fabrication mis en oeuvre et le traitement de ces informations par des moyens centraux de contrôle et de traitement. -la fourniture par un opérateur d'informations relatives à l'estimation de caractéristiques de qualité observées par ledit opérateur au cours du processus de fabrication, -l'exécution d'au moins un algorithme prédictif de commande à partir desdites informations de défaut et d'informations délivrées par des capteurs, -l'émission d'au moins une commande de réglage destinée à au moins un organe d'action dudit équipement, calculée par ledit algorithme, de façon à corriger les défauts éventuellement observés par l'opérateur. Ainsi, avec le procédé selon l'invention, les caractéristiques de qualité de chaque pièce sont traitées en temps réel et on agit automatiquement sur les consignes de fonctionnement à partir des estimations de l'opérateur qui quantifie la qualité observée en termes de degrés et non sous la forme d'une décision binaire. Pour chacun des aspects, on a pu déterminer qu'il était possible d'affecter un nombre donné de degrés de qualité, par exemple cinq degrés. Dans une version avantageuse du procédé selon l'invention, l'exécution d'au moins un algorithme prédictif est effectuée à partir des informations d'estimation de qualité fournies par l'opérateur et d'informations relatives à des mesures de variables intermédiaires, notamment des mesures de masse de pièce. Suivant un autre aspect de l'invention, le système de régulation de qualité pour un équipement de fabrication de pièces, notamment une machine de moulage par injection, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, comprenant: -des. moyens pour capter des grandeurs physiques relatives au processus de fabrication mis en oeuvre dans ledit équipement, et délivrer des informations, notamment des informations représentatives d'une masse, - et des moyens centraux de contrôle et de traitement pour traiter lesdites informations et pour commander au moins un organe d'action au sein dudit équipement, est caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour saisir des informations indicatives de caractéristiques de qualité observées et estimées par un opérateur, notamment des moyens de clavier de saisie de qualité, et des moyens de communication pour transmettre lesdites informations d'estimation de qualité aux moyens centraux de contrôle et de traitement pour que ces derniers génèrent en retour des ordres de réglage ou d'ajustement à destination d'au moins ledit organe d'action. Suivant encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un clavier de saisie de qualité comprenant un ensemble de touches organisées en plusieurs rangées, chaque rangée correspondant à un type donné de qualité et comprenant plusieurs touches associées chacune à des niveaux différents d'importance dudit défaut, ledit clavier étant relié à des moyens centraux de contrôle et de traitement via des moyens de communication. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre pour des machines produisant des pièces qui doivent satisfaire à des spécifications de qualité et qui ne sont pas équipées de capteur de qualité en ligne, ou pour lesquelles les critères de qualité sont si importants qu'un opérateur humain est nécessaire pour vérifier manuellement la qualité de chaque pièce produite et rejeter les pièces trop éloignées des spécifications. En outre, l'invention se distingue des procédés de l'art antérieur par le fait que l'opérateur peut fournir des informations relatives à une ou plusieurs caractéristiques de qualité à tout instant et éventuellement de façon quasi continue sans le recours a un équipement de mesure particulier, et non de façon statistique ou périodique. De plus, avec le procédé selon l'invention, les ajustements des organes d'action de la machine sont commandés automatiquement par un régulateur de commande, et non par l'opérateur lui-même. Si effectivement dans des équipements de moulage par injection de l'art antérieur la masse des pièces en fabrication est déjà mesurée à des fins de vérification automatique de qualité (rejet des pièces dont la masse est hors norme), ces mesures de masse ne sont pas traitées à des fins de commande. Par ailleurs, la mise en oeuvre de l'invention ne requiert aucun personnel supplémentaire puisque c'est l'opérateur déjà affecté aux fonctions de contrôle qui va intervenir dans le procédé selon l'invention, en entrant ses estimations de qualité sur le clavier de saisie de qualité, sa charge de travail antérieure n'étant pas très lourde. En outre, la charge de travail des personnels chargés de la commande des équipements décroît avec la mise en oeuvre du procédé selon l'invention puisqu'une partie du travail de réglage est effectuée par le ou les régulateurs. Ces personnels peuvent alors consacrer plus de temps au réglage de machines requérant leur savoir-faire. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs: - La figure l est une vue synoptique des éléments principaux d'un système de contrôle mettant en oeuvre le procédé de contrôle selon l'invention, - la figure 2 représente un exemple d'agencement d'un clavier de saisie de qualité selon l'invention, - la figure 3 illustre sous forme de schéma-bloc la structure de commande obtenue avec le procédé selon l'invention. le système de régulation de qualité 10 selon l'invention comprend, en référence à la figure 1: - un module de calcul ou calculateur 7 conçu pour - recevoir des données issues notamment de capteurs C via des interfaces 8 et des informations issues d'un clavier alphanumérique 5 ou d'un clavier de saisie de qualité 1 selon l'invention, - émettre des données, notamment de réglage, via des interfaces de commande 9,à des organes d'action A de l'équipement M, - exécuter au sein d'une unité centrale 6 un ou plusieurs algorithmes scientifiques de commande, - stocker des données et en charger à partir d'un support de données, - une unité d'affichage 4 et un clavier alphanumérique 5 conçus pour:: - présenter des résultats de mesure et de calcul sous forme alphanumérique ou sous forme de graphiques lorsque l'unité d'affichage 4 le permet, - être utilisé comme interface de dialogue entre l'utilisateur et le module de calcul 7 pour définir les paramètres de commande, - un clavier de saisie de qualité l relié au module de calcul 7 via une liaison de communication 2, par exemple de type série. Le clavier de saisie de qualité l et l'ensemble 3 d'entrée-sortie comprenant le clavier alphanumérique 5 et l'unité d'affichage 4 constituent un ensemble I d'équipements de contrôle-commande à la disposition immédiate de l'opérateur. Il est à noter que les touches du clavier de saisie de qualité 1 sont de préférence plus grandes que celles d'un clavier usuel pour les rendre utilisables par un opérateur muni de gants. En référence à la figure 2, les touches du clavier l sont organisées en un ensemble de colonnes, (par exemple 4 dans l'exemple de réalisation de la figure 2) comprenant chacune N touches, N représentant le nombre de degrés de qualité que l'opérateur est capable de distinguer, par exemple 5 dans l'exemple représenté. Ces colonnes sont organisées en deux groupes: - un premier groupe CQ concerne les caractéristiques de qualité, à raison d'une colonne par caractéristique, - un second groupe CF correspond à des touches de fonction Fi-Fl 0 qui peuvent permettre un paramétrage du clavier. Chaque touche T est munie d'une étiquette E ou d'un symbole en indiquant la signification: à titre d'exemple, on peut prévoir pour illustrer 5 degrés, OK, LEGER, MOYEN, FORT, TRES FORT. Un voyant lumineux V, par exemple une diode électroluminescente, est associé à chaque touche T et son état (ON, OFF, clignotant) est commandé par le module de calcul. le clavier de saisie de qualité 1 est situé à portée immédiate de l'opérateur qui est affecté au régulation de qualité des pièces et est relié au module de calcul par une liaison de communication, par exemple une liaison série de type RS232C. A titre d'exemple, dans la forme de réalisation décrite en figure 2 qui correspond au régulation de qualité d'une machine de moulage par injection, quatre caractéristiques de qualité associées respectivement à quatre colonnes 11-14 sont prévues: une première caractéristique FL concerne l'observation de matière en excès (Flash), une seconde caractéristique de qualité SP vise la présence éventuelle de bulles dues à de l'eau, une troisième caractéristique SI concerne la présence de dépressions, tandis que la quatrième SH vise un manque de matière. Bien d'autres caractéristiques de qualité peuvent être prises en compte avec le procédé de régulation de qualité selon l'invention. Ainsi, dans l'exemple du régulation de qualité appliqué à une machine de moulage par injection, on peut citer des caractéristiques dimensionnelles et des distorsions. Le procédé selon l'invention peut tout aussi bien être mis en oeuvre dans une structure classique de type "boucle unique" que dans une structure de type " cascade", ce qui nécessite alors l'installation de capteurs en ligne pour mesurer des variables intermédiaires relatives au fonctionnement de l'équipement, par exemple des pressions, et/ou aux pièces en fabrication, notamment leur masse. On va maintenant décrire à titre d'exemple une structure de commande en cascade mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, en référence à la figure 3. Il faut noter que le schéma-bloc illustre les différentes fonctions de transfert et de traitement et que les différentes liaisons fonctionnelles représentées ne correspondent pas nécessairement à des liaisons matérielles. Au niveau de la machine M, le système de commande représenté par un bloc CO reçoit d'une part des consignes de fonctionnement MSP fournies par l'opérateur E ou un technicien régleur affecté à la machine ou plus généralement à un parc de machines et d'autre part des consignes de commande ajustées SPA provenant d'un régulateur de type "esclave" C1 au sein du module de calcul 7. Le système de commande agit sur les organes d'action de la machine avec pour effet l'exécution d'un processus de fabrication représenté sous la forme d'un bloc de traitement PO qui rassemble l'ensemble des fonctions de traitement commandées.Ces fonctions génèrent des variables physiques MV représentatives du processus de fabrication et dont des mesures MVM sont fournies au régulateur esclave Ci. A ce stade, une première fonction P1 illustre l'obtention d'au moins une variable intermédiaire IV, par exemple la masse d'une pièce en fabrication, qui est alors traitée par le régulateur esclave C1. Une seconde fonction P2 illustre l'obtention des variables de sortie OV, parmi lesquelles les caractéristiques Q de qualité d'une pièce qui sont observées et estimées par l'opérateur humain qui effectue la saisie de ses estimations sur le clavier de saisie de qualité 1. Les informations de degré de qualité entrées sur le clavier de saisie de qualité 1 sont transmises à un régulateur de type "maître " C2 au sein du module de calcul 7, en même que la variable intermédiaire de masse IV.Le régulateur maître C2 reçoit également des consignes de qualité QSP émises par l'opérateur humain à partir du clavier de saisie de qualité qui est alors parametré pour recevoir des consignes et non des estimations, commande le régulateur esclave C1 qui dans l'exemple décrit est dédié au contrôle de la variable de masse, et commande des dispositifs d'alarme A lorsque les informations reçues des capteurs et du clavier de saisie de qualité 1 indiquent un état de fonctionnement hors norme. La commande des caractéristiques de qualité est ainsi effectuée par au moins un régulateur intégrant un algorithme de type prédictif et qui calcule des actions de commande à appliquer aux organes d'action de la machine en fonction: - des variables de sortie mesurées à commander, - des consignes affectées à ces variables commandées, - des valeurs filtrées des entrées de commande précédemment appliquées aux organes d'action de la machine, - d'un modèle interne représentant les relations entre les entrées de commande et les variables de commande, - des spécifications d'utilisation telles que les contraintes à satisfaire par les variables traitées et le comportement souhaité de la boucle fermée. Ces spécifications sont entrées au niveau du clavier alphanumérique. Les caractéristiques de qualité de chaque pièce sont estimées par l'opérateur humain en temps réel. Chaque caractéristique de qualité est estimée en termes de degré de qualité ou de défaut. A titre d'exemple, on peut citer comme degrés de qualité: OK, léger, moyen, fort et très fort. Le degré estimé de chaque caractéristique de qualité est entré par l'opérateur dans le module de calcul par pression de la touche correspondante sur le clavier de saisie de qualité. Le module de calcul convertit les données issues du clavier de saisie de qualité en valeurs numériques et les filtre ensuite avant de les transférer vers l'algorithme de commande. Les variables traitées sont les variables de réglage de la machine ou de l'équipement industriel qui sont d'habitude réglées périodiquement par un opérateur ou un technicien régleur pour corriger la qualité lorsque celleci se dégrade. Les variables intermédiaires sont des variables corrélées aux caractéristiques de qualité et qui peuvent etre commandées par action sur les réglages de la machine. Selon les caractéristiques de qualité à commander, on peut avoir besoin ou non de telles variables intermédiaires. En l'absence de variable intermédiaire, la structure de commande est de type boucle unique et n'utilise qu'un seul régulateur.Dans le cas contraire, la structure de commande est alors de type "cascade" et deux régulateurs sont utilisés, l'un en "maître" et l'autre en "esclave", comme cela vient d'être décrit en référence à la figure 3. Le régulateur "maître" C2 présente en entrée, des estimations de caractéristiques de qualité, des consignes de caractéristiques de qualité, et des valeurs filtrées de variables intermédiaires mesurées, et en sortie, les consignes spécifiées aux variables intermédiaires et envoyées au régulateur "esclave" C1. Le régulateur esclave C1 présente en entrée des mesures de variables intermédiaires, des consignes de variable intermédiaire issues du régulateur "maître" C2 et des valeurs filtrées des consignes appliquées, et en sortie, les consignes à appliquer aux organes d'action de la machine. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, on peut prévoir de nombreux autres agencements des moyens informatiques mis en oeuvre et les différents régulateurs peuvent indifféremment être implémentés au sein d'un calculateur unique ou au sein de plusieurs unités distinctes. En outre, le clavier de saisie de qualité selon l'invention n'est bien sûr pas limité à l'agencement en quatre colonnes qui vient d'être décrit et peut comporter autant de colonnes ou de lignes que nécessaire en fonction de la nature du processus de fabrication contrôlé et de considérations pratiques d'encombrement et de faisabilité. Enfin l'invention n'est pas limitée au domaine des machines de moulage par injection mais peut être appliquée à bien d'autres secteurs manufacturiers dans lesquels le régulation de qualité ne peut actuellement être intégralement réalisé par des moyens automatiques. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation de qualité pour un équipement de fabrication de pièces (M), comprenant l'acquisition d'informations physiques relatives au processus de fabrication mis en oeuvre et le traitement de ces informations par des moyens centraux de contrôle et de traitement (7), caractérisé en ce qu' il comprend en outre -la fourniture par un opérateur (E) d'informations (Q) relatives à l'estimation de caractéristiques de qualité observées par ledit opérateur (E) au cours du processus de fabrication, - 1' exécution d'au moins un algorithme prédictif de commande à partir desdites informations d'estimation de qualité (Q) et d'informations délivrées par des capteurs (C), - l'émission d'au moins une commande de réglage destinée à au moins un organe d'action (A) dudit équipement (M), calculée par ledit algorithme, de façon à corriger les défauts éventuellement observés par l'opérateur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'exécution d'au moins un algorithme prédictif est effectuée également à partir d'au moins une information représentative d'au moins une variable intermédiaire (IV) mesurée au cours du processus de fabrication. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la masse d'une pièce en fabrication constitue une variable intermédiaire (IV). 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les informations d'estimation de qualité (Q) fournies correspondent à un ensemble prédéterminé de caractéristiques de qualité (FL, SP, SI, SH) à chacune desquelles est associé un ensemble prédéterminé de degrés de qualité (OR, LEGER, MOYEN, FORT, TRES FORT). 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la fourniture par l'opérateur de consignes de qualité (QSP). 6. Système de régulation de qualité (10) pour un équipement de fabrication de pièces (M), notamment une machine de moulage par injection, mettant en oeuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant: - des moyens (C) pour capter des grandeurs physiques relatives au processus de fabrication mis en oeuvre dans ledit équipement (M), et délivrer des informations, notamment des informations représentatives d'une masse, - des moyens (9) pour commander au moins un organe d'action (A) au sein dudit équipement, - caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (1) pour saisir des informations (Q) indicatives de caractéristiques de qualité observées et estimées par un opérateur (E), notamment des moyens de clavier de saisie de qualité, et des moyens (2) de communication pour transmettre lesdites informations d'estimation de qualité (Q) à des moyens centraux de contrôle et de traitement (7) pour que ces derniers génèrent en retour des ordres de réglage et d'ajustement à destination desdits moyens de commande (9). 7. Système (10) selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens centraux de contrôle et de traitement (7) comprennent un premier régulateur (C1) dit esclave agencé pour traiter au moins une variable intermédiaire mesurée au cours du processus de fabrication et générer des ordres de commande à destination desdits moyens de commande (CO), et un second régulateur (C2) dit maître pour traiter les informations d'estimation de qualité (Q) issues des moyens de saisie de qualité (1) et pour commander ledit régulateur esclave (cri). 8. Système (10) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la masse de chaque pièce en fabrication constitue une variable intermédiaire. 9. Système (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de saisie de qualité (1) sont agencés pour permettre à l'opérateur (E) de fournir aux moyens de contrôle et de traitement (7), au moins une consigne de qualité (QSP). 10. Clavier de saisie de qualité (1) comprenant un ensemble de touches (T) organisées en un nombre prédéterminé de rangées (li-14),caractérisé en ce que plusieurs desdites rangées correspondent respectivement à des caractéristiques données de qualité (FL, SP, SI, SH) et comprennent chacune plusieurs touches associées respectivement à des degrés différents d'estimation de ladite caractéristique de qualité (OK, LEGER, MOYEN, FORT, TRES FORT), ledit clavier (1) étant relié à des moyens centraux de contrôle et de traitement (7) via des moyens de liaison (2). 11. Clavier (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une rangée (CF) de touches dites de fonction. 12. Clavier (1) selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce qu' à chaque touche (T) est associé un voyant lumineux (V), notamment sous la forme d'une diode électroluminescente. 13. Clavier (1) selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que ses touches sont disposées de façon à pouvoir être actionnées sans difficulté par un opérateur muni de gants. 14. Clavier (1) selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'il est utilisé par un opérateur humain (E) au sein d'un système de régulation de qualité (10) selon l'une des revendications 6 à 9. 15. Application du procédé selon l'une des revendications 1 à 5, du système selon l'une des revendications 6 à 9, et du clavier selon la revendication 14, au régulation de qualité d'un équipement de moulage de pièces par injection. 16. Clavier de saisie de qualité (1) mis en oeuvre dans l'application selon la revendication 15, caractérisé en ce que les caractéristiques de qualité comprennent l'excès de matière FL), la présence de bulles (SP), la présence de dépressions dues à des contractions (SI) et le manque de matière (SH).