Brevet FR2811118A1 — publié le 20020104

La présente invention concerne une installation de simulation du fonctionnement d'une entreprise industrielle en grandeur réelle, par l'industrialisation de petites séries de produits différents par des équipes d'opérateurs interve- S nant séparément sur l'installation de simulation. Les formations scolaire et postscolaire dans le domaine technique et commercial pour les activités indus- trielles, se font de manière indépendante des installations industrielles et très fractionnée, sans interaction entre les différents opérateurs. Ainsi, les techniciens s'exercent sur des problèmes de conception ou d'étude technique particu- liers. Dans certains cas, ils font également des travaux pra- tiques sur des machines mais sans subir de contrainte propre à l'industrie, à savoir des contraintes d'objectif (délai et quantité) ou encore d'approvisionnement et d'étude de solu- tions de problèmes puisque les problèmes qu'ils ont à résou- dre sont toujours liés à un produit particulier (conception du produit) ou à sa fabrication sur une machine. Il en est de même des activités commerciales et publicitaires, qui sont enseignées indépendamment des con- traintes en amont ou en aval liées à la conception de pro- duits nouveaux, à la recherche des matières premières, aux problèmes de sous-traitance ou aux problèmes de fabrication. La présente invention a pour but de développer une installation de simulation permettant à un groupe d'opérateurs de faire fonctionner une entreprise industrielle en grandeur réelle mais à échelle réduite, pour soumettre en temps réel et de façon pratique ces opérateurs aux problèmes techniques et économiques que pose l'industrie, c'est-à-dire la conception, l'étude et la fabrication, la vente et la ges- tion des activités liées à l'industrialisation d'un produit, en permettant l'intervention sur l'installation d'équipes d'opérateurs différents, travaillant sur des gammes ou des produits différents et cela en temps partagé. A cet effet, l'invention concerne une installa- tion du type défini ci-dessus, caractérisée en ce qu'elle comprend: A) une plate-forme industrielle de base comprenant: * un premier module de conception, d'étude et de gestion équipé de moyens de base pour la conception, l'étude et la gestion, * un second module de fabrication comprenant - un sous module de fabrication équipé de machines d'usinage de petites séries de base non personnali- sées, et - un sous module de fabrication personnalisée équipé de machines d'usinage de petites séries de base, B) un équipement dédié comprenant des moyens de fabrication et un ensemble de programmes d'étude, de conception, de gestion et de fabrication, spécifiques à une gamme d'industrialisation associée à chaque équipe d'opérateurs pour être installés sur la plate-forme de base et consti- tuer après combinaison, une installation d'industrialisa- tion complète pour la gamme d'industrialisation attribuée à chaque équipe d'opérateurs devant intervenir en temps partagé sur l'installation. L'installation de base ainsi formée d'une plate- forme industrielle, c'est-à-dire d'un emplacement matérialisé équipé des différents moyens de base pour la conception, l'étude et la gestion de produits industriels ainsi que des moyens de fabrication de base de produits et recevant des en- sembles d'équipements différents dédiés chacun à un produit ou une gamme de produits à industrialiser par une équipe d'opérateurs, permet de réaliser un ensemble industriel en grandeur réelle mais à petite échelle; cette installation permet l'intervention en temps partagé des différentes équi- pes d'opérateurs qui alternent dans le temps tout en tra- vaillant chacune dans les conditions de travail industrielles réelles. L'interaction entre les différents opérateurs se trouve sur la plateforme industrielle reproduit exactement les contraintes des opérateurs travaillant à échelle réelle dans des conditions normales de l'industrie en permettant ainsi une formation transversale des opérateurs; ceux-ci peuvent se répercuter les problèmes et les résoudre par le travail en synergie entre les opérateurs associés aux diffé- rentes tâches de conception, d'étude, de gestion, de fabrica- tion et de vente. Ces opérateurs entrent également en relation avec l'extérieur tant pour l'approvisionnement en matières premiè- res, la collecte de commandes et les opérations de sous- traitance d'opérations industrielles ou d'étude et de gestion comme dans les conditions industrielles normales. Suivant une caractéristique avantageuse, les ma- chines d'usinage de base de petite série sont des machines- outils telles que des tours et des fraiseuses et notamment des machines à commande numérique, ainsi que des machines pour travailler ces matières plastique telles que des machi- nes d'injection. Ces machines reçoivent alors l'équipement dédié, c'est-à-dire l'ensemble de l'outillage destiné aux machines de base des sous modules de fabrication ainsi que les pro- grammes dédiés pour faire fonctionner les machines et permet- tre de manière globale la gestion de l'usine simulée. Le terme " gestion " englobe ici de manière générale toutes les opérations de création, de conception d'étude technique, mais aussi les opérations similaires commerciales et enfin les opérations comptables liées au fonctionnement de l'entreprise et à la gestion du personnel. Cela permet aux opérateurs de se familiariser avec l'outillage nécessaire à la fabrication d'un produit tant dans sa fabrication de base, standardisée, que dans la fabrication personnalisée, pour individualiser les produits provenant de la fabrication de base. Cette intervention des opérateurs sur les outils de fabrication concerne à la fois la mise en place et l'utilisation des outils et des machines, soit par une utilisation et une commande manuelles, soit par l'intermédiaire d'outils informatiques dans le cas de machi- nes à commande numérique, telles que des frais à deux ou trois axes, des tours, etc., soit sous forme usuelle, soit sous forme de machines à commande numérique. La liaison entre les équipements de fabrication, notamment entre le sous module de fabrication standardisée et le sous module de fabrication personnalisée avec les étapes intermédiaires de finition intermédiaire ou de finition défi- nitive de certaines pièces, se fait par une boucle de trans- fert qui fait l'échange des produits. Cette boucle de transfert est avantageusement constituée par un chariot guidé par un fil formant une antenne électromagnétique intégrée dans le sol suivant le tracé que doit parcourir le chariot. Cet équipement de transfert comporte les moyens de commande permettant d'arrêter le chariot aux emplacements de charge- ment et de déchargement ou à un emplacement de stockage en cas d'attente. Cette installation peut également comporter plu- sieurs chariots identiques ou différents suivant la nature des produits ou la quantité des produits à transporter. Les machines d'usinage de base du sous module de fabrication personnalisée sont de préférence des machines d'injection de matière plastique et de gravure de métal. Cela permet de réaliser ou de compléter l'habillage du produit et de le munir d'une inscription telle qu'une marque, un sigle, un nom ou un numéro. De manière particulièrement intéressante, la plate-forme avec le premier module et le second module, est constituée par un plateau unique recevant les différents équipements des modules. Ce plateau unique peut être le pla- teau d'un bâtiment, situé sur un seul niveau pour que les deux modules puissent parfaitement communiquer sans avoir à franchir d'obstacle naturel tel qu'un escalier. Cette communication et le mode de collaboration entre les modules et sous modules permet un échange d'instructions et d'informations favorisant un enseignement transversal et non pas vertical comme l'enseignement tradi- tionnel. La réalisation de cette installation sous la forme de moyens de base, polyvalents, et d'équipements parti- culiers, adaptés à la conception et à la fabrication d'un produit ou d'une série de produits, permet une très grande diversité d'utilisation de cette installation, notamment en temps partagé. Suivant ce principe de fonctionnement, diffé- rents groupes d'opérateurs peuvent se suivre dans l'utilisation de l'installation et, surtout, alterner l'utilisation de l'installation ce qui est intéressant pour la rentabilité de l'installation, pour permettre à profit le fait que pendant les périodes d'enseignement théorique, les opérateurs n'ont pas lieu de se trouver en général sur le site de l'installation de simulation. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 est une vue d'ensemble de la forme d'un schéma par blocs d'une installation de simulation selon l'invention, - la figure 2 est un schéma de l'organisation in- formatique de l'installation de simulation de la figure 1, - la figure 3 est un premier mode de réalisation schématique d'une installation de simulation selon l'invention. Selon la figure 1, une installation de simulation du fonctionnement d'une entreprise industrielle en grandeur réelle est, par exemple, prévue pour industrialiser une pe- tite série (quelques centaines, voire quelques milliers) de produits, en général de petites dimensions, par des équipes d'opérateurs qui interviennent séparément c'est-à-dire à tour de rôle et indépendamment les unes des autres, sur l'installation de simulation pour industrialiser leurs pro- duits. Cette installation se compose d'une plate-forme industrielle et d'un équipement dédié à chaque groupe d'opérateurs. La plate-forme industrielle de base comprend un premier module Ml de conception, d'étude et de gestion et un second module M2 de fabrication. Le module Ml comprend des moyens de base pour la conception, l'étude et la gestion. Ces moyens de base sont un centre de direction CM1 et des postes d'étude Dl, de conception D2, de gestion D3 et de commercia- lisation D4 et de ressources humaines D5 équipés des moyens pour exécuter ces différentes tâches. Les postes CM1, Dl, D2, D3, D4, D5 sont occupés par des opérateurs choisis en fonc- tion de leur capacité à remplir la mission associée à chacun de ces postes. Le module de fabrication M2 comprend un sous mo- dule M21 de fabrication normale ou standard, et un sous mo- dule M22 de fabrication personnalisée; ces deux sous modules sont reliés par une boucle de transfert BTR. La plate-forme industrielle de base (Ml, M2) est complétée par un équipement dédié, comprenant des moyens de fabrication MA dédiés à un produit et un ensemble de program- mes d'étude, de conception, de gestion et de fabrication MI dédié à ce produit. Les ensembles MI, MA sont des équipements maté- riels et immatériels, associés à une gamme d'industrialisation particulière, attribuée à chaque équipe d'opérateurs utilisant l'installation. Cet équipement dédié MI, MA est mis en place par l'équipe au moment de son inter- vention pour être de nouveau enlevé à la fin de l'intervention et ne laisser que l'équipement de base, neu- tre, de l'installation de simulation. L'équipement MI, MA permet de faire fonctionner les moyens industriels tant du premier module que du second module pour constituer, avec la plate-forme industrielle de base, un ensemble industriel per- mettant la fabrication d'un produit ou d'une gamme de pro- duits particuliers, dans les conditions industrielles réelles avec les contraintes techniques, économiques et humaines cor- respondant parfaitement à un cas industriel réel. Le sous module M21 du module de fabrication M2 assure la fabrication d'un produit standard, c'est-à-dire un produit non encore personnalisé par des éléments esthétiques ou des signes distinctifs associés à la commande d'une petite série de produits destinés à un client ou groupe de clients. Le sous module de fabrication standard M21 se compose d'un poste de stockage ST, qui reçoit de l'extérieur EM les matiè- res premières ou les sous-ensembles MAT intervenant dans la fabrication du produit. Ce poste de stockage communique selon un chemin CH1 avec des machines d'usinage F1, F2, F3; ces machines sont des machines d'usinage utilisant différents ty- pes de commandes et notamment la commande numérique, telles que des fraiseuses et tours, pour effectuer des opérations d'usinage avec ou sans enlèvement de copeaux ou encore des opérations d'injection de matière plastique. S Le produit chemine entre les différentes machines Fl, F2, F3 qui sont des machines de base recevant leur équi- pement dédié FAl, FA2, FA3. Ce sous module M21 poursuit, en sortie, le pro- duit PR1 réalisé à la boucle de transfert BTR qui a elle-même reçu le cas échéant l'équipement dédié BTRA permettant de re- cevoir et transférer les produits PR1. L'équipement dédié complétant l'équipement de base BTR de la boucle de transfert est par exemple constitué par des supports ou des nacelles particulières adaptées à la forme ou à la structure du pro- duit PR1 à transférer. Dans la mesure o la forme varie d'un produit ou d'une gamme d'industrialisation à l'autre, il est nécessaire de compléter également la boucle de transfert de base BTR avec l'équipement dédié BTRA. Le second sous module M22 comprend des machines personnalisées Gl, G2, G3 de fabrication, destinées à person- naliser le produit PR1 fabriqué par le sous module M21 de fa- brication normalisée. Cette personnalisation consiste à modifier ou à intégrer dans le produit PR2 des éléments de personnalisation tels que des éléments de couleur ou de ma- tière, réalisés par exemple par injection, la gravure d'un sigle ou d'un nom ou encore d'un numéro pour les produits de haut de gamme, destinés à être vendus avec un numéro de fa- brication individualisant le produit. Le produit chemine à travers les machines de fa- brication personnalisée Gl, G2, G3 selon le chemin CH2. Les machines de base Gl, G2, G3 ont reçu leur équipement dédié GAl, GA2, GA3. Il en est de même de la ma- chine de sortie G4 qui peut être la machine de conditionne- ment ou un poste de stockage avant expédition. Cette machine M4 reçoit le cas échéant également un équipement dédié GA4 pour être adaptée à la forme ou à la structure du produit PR2 qu'elle reçoit de la ligne de fabrication CH2. Enfin, en sortie du sous module M22, le produit fini PRF est expédié au client ECL. Le sous module M21 est géré par un poste de com- mande CM21 et le sous module M22 par un poste de commande CM22. Les postes CM21, CM22 envoient différentes informations I21, I22, I23, I24 aux moyens STM1, STM2, STM3. Il en est de même du poste CM22 qui envoie des informations I31, I32, I33, I34 vers les moyens G1, G2, G3, G4. Les opérations d'étude, de conception et de ges- tion (y compris la vente) sont assistées par des moyens in- formatiques dédiés Mi déjà évoqués. Il s'agit par exemple d'un système de conception et de fabrication assisté par or- dinateur CFAO, d'un système de gestion de données techniques SGDT et d'un système de gestion des ressources générales ERP de l'entreprise. Ces différents systèmes communiquent avec les mo- dules M1, M2 pour l'échange de données et l'envoi d'instructions. Le système CFAO envoie ainsi des données et pro- grammes ou parties de programmes P1 au système de gestion d'atelier (superviseur) H. Il en est de même du système SGDT qui envoie des données et programmes P2. Le système SGDT agit également sur le poste de stockage SP du sous module M21. Ce système SGDT intervient sur le sous module M22. Le système ERP intervient sur le système H ainsi que sur le module M1 en envoyant des données et programmes P5, P6. Les différents postes D1, D2, D3, D4, D5 inter- viennent sur la fabrication. Le poste de conception et d'étude D1 agit par exemple sur le sous module M21 et le poste de commercialisation D4 échange des données et des in- formations C4 avec le sous module de fabrication personnalisé M22. Dans ce dernier cas, il y a par exemple transmission des commandes particulières (quantités, destinataires, etc.) né- cessaires au fonctionnement du sous module M22. Le module M1 coopère avec l'extérieur, soit avec le ou les fournisseurs de matière première EM soit avec les clients, pour la collecte des commandes EC ou directement au niveau des clients ECL pour la gestion du paiement des com- mandes ou le règlement des fournisseurs. Les équipes d'opérateurs intervenant sur l'installation de simulation sont constituées progressivement pour passer par toutes les étapes de la formation d'une équipe, de l'organisation de celle-ci par le choix des opéra- teurs destinés ou convenant le mieux aux différents postes, et l'établissement d'un ordinogramme puis l'organisation du fonctionnement de l'installation industrielle avec définition des objectifs de fabrication et de vente, intervention de conseils extérieurs éventuels et contrôle des objectifs au fur et à mesure du déroulement de l'action industrielle. La figure 2 est un schéma de la présentation du système informatique appliqué à l'installation de simulation de la figure 1. Ce schéma distingue trois niveaux de généra- lités de ce système. Au niveau le plus élevé se trouvent les moyens CFAO, SGDT, ERP, AMDEC. Ce dernier système n'est pas repré- senté à la figure 1. Il concerne l'analyse des modes et des défaillances et l'étude des criticités. Au niveau 2 se trouve la gestion d'atelier avec laquelle coopèrent les différents systèmes du niveau Ml et qui recueille également en retour les informations relatives au fonctionnement de l'atelier. Enfin, au niveau N3, se trouvent les différents utilisateurs de base, c'est-à-dire les utilisateurs dans les ateliers ou modules Ul, U2, U3, par exemple les machines, ou les utilisateurs directement en contact avec les systèmes ERP ou AMDEC et schématisés par les blocs U4, U5, U6. La figure 3 montre une installation de simulation mettant en oeuvre les caractéristiques générales présentées aux figures 1 et 2. Cette installation ne montre que les élé- ments matériels, la partie des systèmes informatiques n'a pas été représentée. Ainsi, le module Ml comprend des moyens de direc- tion CMl, un poste d'étude Dl, un poste de conception D2, un poste de gestion D3, un poste de commercialisation D4 et un poste de ressource humaine D5 ainsi qu'une zone de réunion Z. Ces différents postes sont regroupés dans un emplacement uni- que, qui permet une communication directe avec le module de fabrication M2 ou ses sous modules M21, M22. L'installation du module Ml est faite pour cor- respondre à une installation réelle d'usine, dans laquelle les services de gestion, de conception, etc. c'est-à-dire les services regroupés dans le module Ml, sont directement à côté des services de fabrication. Le module de fabrication M2 se compose des sous modules M21, M22 reliés par une boucle de transfert BTR cons- tituée par un équipement filoguidé, c'est-à-dire un chemin matérialisé par une antenne électromagnétique 5 intégrée dans le sol et permettant à un chariot 101 de suivre un parcours en s'arrêtant, suivant les instructions qu'il reçoit, pour charger les produits en sortie du sous module M21 pour les transférer à l'entrée du sous module M22. La figure 3 montre également le flux de matière par les flèches fme d'entrée de matière et fms de sortie de matière. L'installation de simulation selon l'exemple de la figure 3 est prévue pour la fabrication de stylos par un groupe d'opérateurs et de fabrication de briquets pour un au- tre groupe d'opérateurs. L'équipement de base du module M21 se compose d'un magasin de matières premières ST ou de produits semi- finis achetés à l'extérieur ainsi que d'un magasin des en- cours FO. Ensuite et selon le chemin de circulation CH1 in- diqué par les flèches, il y a un micro-ordinateur Flm pour la gestion des encours F0 et un micro-ordinateur Stm pour la gestion du stock St. L'équipement d'usinage se compose d'une première machine à commande numérique F2 et de son micro-ordinateur F2m associé, d'une seconde machine à commande numérique F3 et de son micro-ordinateur F3m associé et d'un tour à commande numérique F4 et son micro-ordinateur F4m associé. En sortie de chemin de fabrication CH1, il y a un poste de contrôle F5. Ce contrôle est effectué avant le l! transfert des produits PR1 vers le chariot 101. Le sous module M21 est géré par le poste de com- mande CM21 équipé d'un micro-ordinateur. Ce poste est lié aux différents micro-ordinateurs du sous module M21 pour la cen- tralisation des informations et des instructions. En sortie du sous module de fabrication standard M21, les produits PR1 peuvent être transférés à un poste de finition, par exemple de tribofinition F6, qui se trouve dans une zone distincte, car il peut également recevoir des pro- duits arrivant directement de l'extérieur comme l'indique la flèche fmee. Sur le chemin de transfert de la boucle BTR il y a également un poste de stockage GO et un micro-ordinateur de gestion GOM. Ce poste de stockage reçoit les produits semi- finis ou les matières premières destinés au sous module de fabrication personnalisé M22. Ce sous module M22 comporte en entrée un magasin de produits semi-finis G1 qui fournit les produits suivant le chemin CH2 à une première machine G2, par exemple une presse à injecter associée à un micro-ordinateur G2m. Puis, les pro- duits passent par une machine de gravure G3 commandée par un microordinateur G3M pour arriver finalement à un poste de montage G4 qui alimente le poste d'expédition G5. La sortie des produits finis PRF est schématisée par la flèche de sor- tie fms. Ce sous module réalise une personnalisation par in- jection de matière dans le poste G2. Cette matière peut avoir des caractéristiques et des couleurs différentes qui person- nalisent. Le second élément de personnalisation est la gra- vure effectuée dans la machine à graver G3. La conception des produits, l'évolution de la forme ou de l'image des produits, les problèmes de publicité et de commercialisation et d'industrialisation des produits sont assurés par le module Ml. Pour la distribution et la vente des produits, l'installation permet de simuler un envi- ronnement réel avec réalisation de la publicité et de maté- riel publicitaire, de catalogues et de devis. Le traitement administratif et financier des commandes est assuré par le poste commercial. Le module Ml assure également la gestion des dé- * lais et la maîtrise de la qualité. L'approvisionnement du module de fabrication M2 tant pour son sous module de fabrication standard M21 que pour son sous module de fabrication personnalisé M22, est également géré par le module Ml. Les moyens informatiques sont principalement lo- calisés dans le module Mi. Les différentes technologies mises en ouvre dans le module de fabrication M2, c'est-à-dire le fraisage, le tournage, l'injection de matière plastique, la tribofinition et le montage, simulent parfaitement l'ensemble des opéra- tions que l'on rencontre dans une ligne de fabrication à l'échelon industriel. Le problème des matières premières et des fourni- tures est résolu par la coopération entre le module de fabri- cation M2 et le module Ml. Les sous-traitances extérieures telles que certaines phases de finition comme par exemple l'anodisation, sont également gérées à la fois dans le temps et en quantité par l'interaction entre le module de fabrica- tion M2 et le module de gestion et de conception MI. L'installation de simulation sous la forme d'une usine modélisée, permet de piloter les approvisionnements et la fabrication en technique MRT et l'assemblage en technique Kanban (personnalisation des produits par différenciation re- tardée, lancement " pousse-tire "). L'installation permet différents degrés d'automa- tisation allant du poste manuel avec pilotage par fiche pa- pier jusqu'à des machines à commande numérique et application de cellule flexible (manutention, chargement/déchargement et usinage automatisé). Ces différentes opérations se traduisent pour le groupe d'opérateurs par une interaction transversale ou hori- zontale et non pas verticale. Les opérateurs d'une équipe in- terviennent au même niveau pour le traitement des problèmes d'industrialisation, que ceux de la conception et de la fa- brication, ou ceux de la commercialisation et de la gestion. R E V E N D I C A T I ON S ) Installation de simulation du fonctionnement d'une entre- prise industrielle en grandeur réelle, par l'industriali- sation de petites séries de produits différents par des équi- pes d'opérateurs intervenant séparément sur l'installation de simulation, caractérisée en ce qu'elle comprend: A) une plate-forme industrielle de base comprenant: * un premier module (Ml) de conception, d'étude et de ges- tion équipé de moyens de base (CMl, Dl, D2, D3, D4) pour la conception, l'étude et la gestion, * un second module (M2) de fabrication comprenant un sous module (M21) de fabrication équipé de machines d'usinage de petites séries de base non personnali- sées, et - un sous module (M22) de fabrication personnalisée équipé de machines d'usinage de petites séries de base, B) un équipement (MA, MI) dédié comprenant des moyens de fa- brication (MA) et un ensemble de programmes d'étude, de conception, de gestion et de fabrication (MI), spécifiques à une gamme d'industrialisation associée à chaque équipe d'opérateurs pour être installés sur la plate-forme de base (Ml, M2) et constituer après combinaison, une instal- lation d'industrialisation complète pour la gamme d'industrialisation attribuée à chaque équipe d'opérateurs devant intervenir en temps partagé sur l'installation. 2 ) Installation de simulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les machines d'usinage de petite série (Fl, F2, F3, Gl, G2, G3) sont des tours et des fraiseuses, notamment à commande numérique et des machines d'injection. 3 ) Installation de simulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le module de fabrication (M2) comporte une boucle de trans- fert (BTR) assurant le transfert des produits (PR1) de fabri- cation standard par le premier sous module (M21) au second sous module (M22) de fabrication personnalisée. 4 ) Installation de simulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les machines d'usinage du sous module de fabrication person- nalisée sont des machines de gravure et d'injection. ) Installation de simulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de fabrication (MA) de l'équipement dédié sont constitués par l'ensemble de l'outillage destiné aux machines de base (Fl, F2, F3, Gl, G2, G3) des sous modules (M21, M22) du module de fabrication (M2) ainsi que les programmes dédiés (MI) pour faire fonctionner les machines. 6 ) Installation de simulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la plate-forme avec le premier module (Ml) et le second mo- dule (M2) est constituée par un plateau unique recevant les différents équipements des modules. 7 ) Installation de simulation selon la revendication 3, caractérisée en ce que la boucle de transfert est constituée par un chariot (101) guidé par un fil formant antenne intégré dans le sol suivant le tracé que doit parcourir le chariot.