Brevet FR3114175A1 — publié le 20220318

L’invention propose de tirer profit d’un retour de données de mesures en production pour réaliser une modélisation de variabilités géométriques de ces composants. Ainsi, l’invention propose un système de modélisation comportant un processeur (5) configuré pour : -acquérir un ensemble de mesures (15) géométriques sur un échantillon de composants (13a-13c) fabriqués, -sélectionner pour chaque composant dudit échantillon de composants, une zone d’intérêt (17) ainsi qu’un sous-ensemble de mesures relatif à ladite zone d’intérêt dudit chaque composant, -appliquer une analyse en composantes principales (PC1-PCn) sur ledit sous-ensemble de mesures de chaque composant, et -construire un modèle de variabilité géométrique pour chaque composant en identifiant des phénomènes mécaniques et leur contribution à la variabilité des mesures à partir de ladite analyse en composantes principales relative audit chaque composant. Figure d’abrégé : Figure 1. Système et procédé de modélisation de variabilités géométriques d’un ensemble de composants La présente invention se rapporte au domaine de l’assemblage de sous-ensembles d’un véhicule et plus particulièrement, à la modélisation de variabilités géométriques d’un ensemble de composants dans un contexte d’assemblage industriel desdits composants. Etat de la technique antérieure Lors de la conception d’un véhicule, on cherche à définir les dimensions des différentes pièces ou composants à assembler ainsi que les tolérances acceptables garantissant un assemblage précis entre ces pièces. Les tolérances sont généralement définies avant le début des phases de production, dans une approche conservatrice. L’approche conservatrice utilise en général une technique de définition de tolérances dite de type « pire cas » qui est basée sur la condition de maintenir la tolérance de sortie exigée pour n'importe quelle combinaison des dimensions réelles des éléments. Ceci garantit une grande précision. Si toutes les tolérances sont respectées, le résultat de l’assemblage sera bon. Ainsi, à chaque étape du processus de fabrication, un ensemble complet de mesures géométriques est effectué pour garantir la conformité des pièces produites par rapport à l'ensemble des tolérances définies. Toutefois, il peut y avoir plusieurs phénomènes comme par exemple, des variations de température ou d’autres effets qui peuvent engendrer des variabilités de tolérances pouvant avoir un impact sur l’assemblage des composants et par conséquent, sur les délais et coûts de fabrication. Ainsi, pour maîtriser cette variabilité, les experts en charge du contrôle et suivi des processus de fabrication réalisent un certain nombre de mesures sur les composants. Sur la base de ces données collectées, l'une des activités des experts est d'identifier d'éventuelles améliorations des délais et des coûts de fabrication. Toutefois, une telle analyse est complexe en raison de l’énorme quantité de données collectées, ainsi que des multiples causes sous-jacentes possibles de la variabilité géométrique, conduisant à une identification difficile des motifs récurrents d'une pièce produite à une autre. L’objet de la présente invention est par conséquent, de proposer un système et procédé de modélisation de la variabilité géométrique de composants fabriqués permettant d’exploiter de manière efficace les mesures réalisées et d'extraire un ensemble de schémas de variabilité récurrents pouvant être utilisé pour améliorer les délais et coûts de fabrication. Présentation de l’invention La présente invention est définie par un système de modélisation de variabilités géométriques d’un ensemble de composants dans un contexte d’assemblage industriel desdits composants, ledit système comportant un processeur configuré pour : -acquérir un ensemble de mesures géométriques sur un échantillon de composants fabriqués, -sélectionner pour chaque composant dudit échantillon de composants, une zone d’intérêt ainsi qu’un sous-ensemble de mesures relatif à ladite zone d’intérêt dudit chaque composant, -appliquer une analyse en composantes principales sur ledit sous-ensemble de mesures de chaque composant, -construire un modèle de variabilités de mesures géométriques pour chaque composant, et -identifier des phénomènes mécaniques et leur contribution à la variabilité des mesures géométriques à partir de ladite analyse en composantes principales relative audit chaque composant. Ceci permet de décorréler les effets de défauts de variabilités et d’identifier les schémas d’écarts nominaux qui sont les plus importants en termes de contribution à la variabilité globale des mesures relative à chaque composant. Ce découplage des effets de défauts de variabilités permet l’identification des causes de conception et/ou de fabrication générant les défauts récurrents des composants. Avantageusement, le processeur est configuré pour : -construire une matrice de variance-covariance à partir dudit sous-ensemble de mesures relatif à la zone d’intérêt dudit chaque composant, -extraire des valeurs propres et vecteurs propres de ladite matrice, les vecteurs propres étant les composantes principales indicatives desdits phénomènes mécaniques, et les valeurs propres étant indicatives desdites contributions à la variabilité des mesures relative à chaque composant. Ainsi, les composantes principales relatives à chaque composant sont rendues intelligibles en les reliant à des phénomènes mécaniques distinctifs et facilement observables. Avantageusement, ledit sous-ensemble de mesures géométriques associé à chaque composant sont des mesures tridimensionnelles et sont représentatives des écarts entre des mesures sur ledit chaque composant fabriqué et des mesures nominales correspondantes. Avantageusement, le processeur est configuré pour déterminer pour chaque composant, un champ de vecteurs visualisable et représentatif dudit phénomène mécanique associé à chaque composante principale. Avantageusement, le processeur est configuré pour réaliser une représentation graphique globale et tridimensionnelle des effets du phénomène mécanique sur la zone d’intérêt dudit chaque composant. Selon un mode de réalisation, ledit ensemble de composants correspond à au moins une partie d’un aéronef. Avantageusement, ledit ensemble de composants peut être un ensemble de composants élémentaires ou un ensemble d’objets parmi les objets suivants : sections de fuselages, dérives, voilures, portes passagers, portes cargo, moteurs, nacelles, mats réacteurs, plans horizontaux et verticaux, trains d’atterrissages, éléments de la cabine ou autres pièces de l’aéronef. L’invention vise également un procédé de modélisation de variabilités géométriques d’un ensemble de composants dans un contexte d’assemblage industriel desdits composants, comportant les étapes suivantes : -acquérir un ensemble de mesures géométriques sur un échantillon de composants fabriqués, -sélectionner pour chaque composant dudit échantillon de composants, une zone d’intérêt ainsi qu’un sous-ensemble de mesures relatif à ladite zone d’intérêt dudit chaque composant, -appliquer une analyse en composantes principales sur ledit sous-ensemble de mesures de chaque composant, et -construire un modèle de variabilité géométrique pour chaque composant en identifiant des phénomènes mécaniques et leur contribution à la variabilité des mesures à partir de ladite analyse en composantes principales relative audit chaque composant. Avantageusement, le procédé comporte les étapes suivantes : - analyser des causes de la variabilité géométrique desdits composants et identifier des améliorations, et - fabriquer de nouveaux composants prenant en compte lesdites améliorations. L’invention vise aussi une installation industrielle de production d’un ensemble de composants, comportant : - un dispositif informatique configuré pour : - acquérir un ensemble de mesures géométriques réalisées sur des composants fabriqués selon un processus de fabrication initial, - modéliser la variabilité géométrique desdits composants en utilisant ledit ensemble de mesures géométriques, selon l’une quelconque des caractéristiques du système de modélisation ci-dessus, - représenter graphiquement la modélisation relative desdits composants selon une représentation tridimensionnelle comportant les effets des phénomènes mécaniques des variabilités sur les composants ainsi que leurs pourcentages de contribution, et - un système de production configuré pour fabriquer de nouveaux composants selon un nouvel processus de fabrication corrigeant des opérations de fabrication initiales responsables des variabilités géométriques présentant les plus grands pourcentages de contribution. Ceci permet d’améliorer la fabrication des composants. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. Brève description des figures On décrira à présent, à titre d’exemples non limitatifs, des modes de réalisation de l’invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : illustre de manière schématique un système de modélisation de variabilités géométriques d’un ensemble de composants, selon un mode de réalisation de l’invention; illustre un schéma de variabilité d’un composant d’un aéronef, selon un mode de réalisation de la présente invention ; et illustrent un modèle de variabilité relatif à un composant d’un aéronef, selon un mode de réalisation de la présente invention; et illustre de manière schématique une installation industrielle de production d’un ensemble de composants, selon un mode de réalisation de l’invention. Le concept à la base de l’invention est de tirer profit d’un retour d’une énorme quantité de données de mesures géométriques collectées lors des phases de fabrication des pièces ou composants pour réaliser une modélisation de variabilités géométriques de ces composants en utilisant une technique d’analyse en composantes principales. En particulier, cette technique permet de transformer les mesures liées entre elles en des nouvelles données décorrélées les unes des autres générant des schémas de variabilité récurrents et découplés, facilitant ainsi la représentation graphique des données et l’interprétation de ces données. La illustre de manière schématique un système de modélisation de variabilités géométriques d’un ensemble de composants, selon un mode de réalisation de l’invention. Ce système 1 comprend des interfaces d’entrée 3, un processeur de traitement de données 5, des mémoires, et des interfaces de sortie 9 comprenant une interface graphique 11. Conformément à l’invention, le système 1 est adapté pour réaliser une modélisation de variabilités géométriques d’un ensemble de composants 13a-13c dans un contexte d’assemblage industriel desdits composants. A titre d’exemple, le composant peut correspondre à au moins une partie d’un aéronef et par exemple, à des sections de fuselage et de voilure d’un aéronef. Par « ensemble de composants » 13a-13c, on entend un ensemble de composantes partielles dont chacune peut être un sous-ensemble de pièces plus élémentaires. Par exemple, un aéronef peut être considéré comme étant composé de plusieurs composants ou éléments comportant de manière non exhaustive : une cellule, un groupe motopropulseur, des commandes de vol, des servitudes de bord, un système avionique, et des emports internes ou externes. Chacun de ces éléments est lui-même un sous-ensemble composé de pièces plus élémentaires. Par exemple, la cellule comporte un fuselage, une voilure, des empennages et un train d'atterrissage. En outre, chaque élément du sous-ensemble est à son tour composé d’autres éléments et ainsi de suite. Par exemple, la voilure comporte deux ailes, des ailerons, et des pennes. En outre, la structure interne de chaque aile comprend des longerons et des nervures, etc. L’assemblage d’un ensemble de pièces 13a-13c nécessite la détermination préalable d’une chaîne de tolérances dimensionnelles correspondante à cet ensemble et définissant les tolérances géométriques associées à chaque composant. En outre, à chaque étape du processus de fabrication, un ensemble complet de mesures 15 géométriques est effectué pour garantir la conformité des composants fabriqués par rapport à l'ensemble des tolérances géométriques définies. L’ensemble de mesures 15 géométriques est stocké dans les mémoires 7 du système de modalisation. Le processeur 5 est configuré pour acquérir via les interfaces d’entrée 3 et/ou depuis les mémoires 7 un ensemble de mesures 15 géométriques sur un échantillon de composants 13a-13c fabriqués. Ensuite, le processeur 5 est configuré pour sélectionner pour chaque composant de l’échantillon de composants 13a-13c, une zone d’intérêt 17 ainsi qu’un sous-ensemble de mesures relatif à ladite zone d’intérêt relative à chaque composant. Plus particulièrement, la zone d’intérêt 17 sélectionnée correspond à une zone d’assemblage. Avantageusement, les mesures géométriques associées à chaque composant sont des mesures tridimensionnelles. Ces mesures sont représentatives des écarts entre des points de mesures sur chaque composant fabriqué et des points de mesures nominales correspondantes prédéfinies dans des plans de conception. En outre, le processeur 5 est configuré pour appliquer une analyse en composantes principales PC1-PCn sur le sous-ensemble de mesures de chaque composant. La ségrégation des modes de l’analyse en composantes principales PC1-PCn est associée à une métrique liant la variabilité et la corrélation entre les différents points de mesure. Cette analyse en composantes principales relative à chaque composant permet ainsi au processeur 5 de construire un modèle de variabilité de mesures géométriques pour chaque composant et par conséquent, d’identifier des phénomènes mécaniques et leur contribution à la variabilité des mesures géométriques. Ceci permet de découpler les effets de défauts de variabilités facilitant l’’identification des causes de ces défauts récurrents. Plus particulièrement, le processeur 5 est configuré pour construire une matrice de variance-covariance à partir du sous-ensemble de mesures relatif à la zone d’intérêt 17 de chaque composant 13a-13c. Ensuite, le processeur 5 est configuré pour extraire des valeurs propres et vecteurs propres de la matrice. Les vecteurs propres sont les composantes principales PC1-PCn qui sont indicatives des phénomènes mécaniques distinctifs et facilement observables. Les valeurs propres sont indicatives des contributions à la variabilité des mesures relatives à chaque composant. La illustre de manière schématique un champ de vecteurs d’un composant d’un aéronef, selon un mode de réalisation de la présente invention. Plus particulièrement, l’exemple de la représente une zone d’assemblage d’un composant de l’aéronef. En effet, le processeur 5 est configuré pour déterminer pour chaque composant 13a, un champ de vecteurs 19 sur chacun des points de mesures. Ce champ de vecteurs 19 facilement visualisable, est représentatif du phénomène mécanique associé à chaque composante principale PC. La norme de chaque vecteur représente l’intensité de déplacement associé à chaque point de mesure. Ainsi, les modes de l’analyse en composantes principales sont affichés dans l'espace initial des points de mesure, permettant une visualisation significative et intuitive du motif identifié. Les Figs. 3A et 3B illustrent très schématiquement un modèle de variabilité relatif à un composant d’un aéronef, selon un mode de réalisation de la présente invention. Selon cet exemple, le composant correspond à un caisson 13a de voilure central (central wingbox) à haute résistance en flexion et en torsion. De part et d’autre de ce caisson 13a central viennent se raccorder les deux demi-voilures. Les zones d’intérêt 17 sélectionnées sont les zones d’assemblage entre le caisson 13a central et chaque aile de l’avion. Le processeur 5 est configuré pour représenter le modèle de variabilité selon une représentation graphique globale et tridimensionnelle identifiant les effets du phénomène mécanique sur les zones d’intérêt du composant. En particulier, ce modèle représente la décomposition des motifs de variabilité des zones d’intérêt du caisson 13a selon les différentes composantes principales PC1-PCn. Ce modèle est affiché sur l’interface graphique 11 des interfaces de sortie 9. A titre d’exemple, la première composante principale PC1 est caractérisée par une flexion de la zone basse du composant 13a et contribue à 30% de la variabilité (i.e. variance) des mesures. La deuxième composante principale PC2 est caractérisée par une rotation du dièdre, c’est-à-dire, de l’angle entre le caisson 13a et la voilure. Cette deuxième composante principale contribue à 20% de la variabilité des mesures. La troisième composante principale PC3 est caractérisée par une rotation globale de la zone d’intérêt 17 et contribue à 10% de la variabilité des mesures. A eux trois, les première, deuxième et troisième composantes principales contribuent à hauteur de 60% de la variabilité. Ainsi, pour minimiser les variabilités géométriques, il suffit de mieux contrôler la flexion, la rotation du dièdre et la rotation globale qui représentent la part la plus grande de la variabilité. Cet exemple montre clairement les phénomènes mécaniques responsables des variabilités ainsi que leur pourcentage de contribution permettant ainsi, aux experts de réaliser des améliorations dans le processus de fabrication. La illustre de manière schématique une installation industrielle de production d’un ensemble de composants, selon un mode de réalisation de l’invention. L’installation industrielle 31 comporte au moins un dispositif informatique 33 comme celui illustré sur la , comprenant de manière habituelle des interfaces d’entrée 3, un processeur 5 de traitement de données, des mémoires 7, et des interfaces de sortie 9 comprenant des interfaces graphiques 11. Plus particulièrement, la représente les flux d'informations et d'activités au sein de l’installation industrielle 31 dans un contexte global de conception, de fabrication, de contrôle et d’assemblage industriel des composants d’un aéronef. Dès la phase de conception, l'analyse des tolérances supporte la définition du processus d'assemblage décrite dans les dossiers de définition et de fabrication. Pendant les phases de production, les composants fabriqués sont contrôlés selon le plan défini et les mesures sont ensuite utilisées comme entrées pour identifier les modèles de variabilité. Le résultat de cette analyse est affiché de manière significative sur une représentation tridimensionnelle de la zone de la pièce sélectionnée et prend en charge l'analyse des causes profondes et l'identification des améliorations. Plus particulièrement, le bloc B1 correspond à une phase de conception d’un processus d'assemblage. Lors de cette phase, un dispositif informatique est configuré pour définir des valeurs de tolérances dimensionnelles des composants. Le bloc B2 correspond à une phase de production et de fabrication industrielle durant laquelle un système de production 32 est configuré pour fabriquer des composants selon un processus de fabrication initial. Le bloc B3 correspond à une phase de contrôle des composants fabriqués. Lors de cette phase, un ensemble complet de mesures 15 géométriques sont réalisées sur les composants fabriqués pour garantir la conformité des pièces produites par rapport à l'ensemble des tolérances définies. Au bloc B4, le dispositif informatique 33 est configuré pour recueillir un ensemble de mesures 15 géométriques réalisées sur ces composants et utilise ces mesures pour modéliser la variabilité géométrique des composants selon le système de modélisation de la . Plus particulièrement, au bloc B41, le dispositif informatique 33 relève un ensemble de mesures géométriques tridimensionnelles sur les composants fabriqués. Ces mesures correspondent aux différences entre les variances mesurées sur les composants fabriqués et les valeurs de tolérances dimensionnelles définies au bloc B1. Au bloc B42, le dispositif informatique 33 sélectionne pour un composant donné 13a, une zone d’intérêt 17 de ce composant ainsi que les mesures associées à cette zone. Au bloc B43, le dispositif informatique 33 applique une analyse en composantes principales sur les mesures correspondantes à chaque zone d’intérêt pour construire un modèle de variabilité géométrique pour chaque composant. Ainsi, le modèle relatif à chaque composant est représenté sur une interface graphique selon une représentation tridimensionnelle comportant les effets du phénomène mécanique sur la zone d’intérêt de chaque composant ainsi que leurs pourcentages de contribution. Au bloc B5 la représentation tridimensionnelle comportant les effets du phénomène mécanique sur chaque composant permet de remonter aux causes racines induisant la variabilité géométrique des différents composants fabriqués. Ceci permet ainsi d’apporter des améliorations dans les opérations de fabrication. En effet, dans le cadre de la résolution de problèmes récurrents et de l'amélioration continue, les experts orientent leurs investigations sur la base de la décomposition modale mise en œuvre par le dispositif informatique 33 au bloc B4. Ainsi, les modèles de variabilité sont associés à des opérations concrètes du processus de fabrication initial. Cette décomposition permet ainsi d'identifier les sources de variabilité à traiter en priorité pour améliorer les conditions de fabrication. En effet, ces améliorations sont ensuite répercutées par des boucles de retour dans des dossiers de définition et/ou de fabrication des phases de conception (bloc B1) et de production (bloc B2) dans le cadre des délais et de la réduction des coûts récurrents. Ainsi, le système de production 32 au bloc B2 est configuré pour fabriquer de nouveaux composants selon un nouvel processus de fabrication corrigeant les opérations de fabrication initiales responsables des variabilités géométriques présentant les plus grands pourcentages de contribution. Ensuite, après la nouvelle production des composants, on vérifie dans la phase de contrôle (bloc B3) si les améliorations ont été efficaces. Ceci permet ainsi, de surveiller en continue l’amélioration réalisée dans le processus global de conception, production, et contrôle. Ainsi, la présente invention permet, à partir d'un ensemble de données de mesures issues d'un ensemble cohérent de composants fabriqués d'extraire un ensemble de schémas distincts de variabilité récurrents et de les afficher selon une représentation graphique tridimensionnelle simplifiée grâce à une analyse en composantes principales. En outre, la présente invention permet d’améliorer le processus de fabrication des composants d’un véhicule et en particulier, d’un aéronef. Système de modélisation de variabilités géométriques d’un ensemble de composants dans un contexte d’assemblage industriel desdits composants, caractérisé en ce qu’il comporte un processeur (5) configuré pour : -acquérir un ensemble de mesures (15) géométriques sur un échantillon de composants (13a-13c) fabriqués, -sélectionner pour chaque composant dudit échantillon de composants, une zone d’intérêt (17) ainsi qu’un sous-ensemble de mesures relatif à ladite zone d’intérêt dudit chaque composant, -appliquer une analyse en composantes principales (PC1-PCn) sur ledit sous-ensemble de mesures de chaque composant, -construire un modèle de variabilités de mesures géométriques pour chaque composant, et -identifier des phénomènes mécaniques et leur contribution à la variabilité des mesures géométriques à partir de ladite analyse en composantes principales relative audit chaque composant. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le processeur (5) est configuré pour : -construire une matrice de variance-covariance à partir dudit sous-ensemble de mesures relatif à la zone d’intérêt dudit chaque composant, -extraire des valeurs propres et vecteurs propres de ladite matrice, les vecteurs propres étant les composantes principales indicatives desdits phénomènes mécaniques, et les valeurs propres étant indicatives desdites contributions à la variabilité des mesures relative à chaque composant. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit sous-ensemble de mesures géométriques associé à chaque composant (13a-13c) sont des mesures tridimensionnelles et sont représentatives des écarts entre des mesures sur ledit chaque composant fabriqué et des mesures nominales correspondantes. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le processeur est configuré pour déterminer pour chaque composant (13d), un champ de vecteurs (19) visualisable et représentatif dudit phénomène mécanique associé à chaque composante principale. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le processeur est configuré pour réaliser une représentation graphique globale et tridimensionnelle des effets du phénomène mécanique sur la zone d’intérêt (17) dudit chaque composant. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit ensemble de composants correspond à au moins une partie d’un aéronef. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit ensemble de composants peut être un ensemble de composants élémentaires ou un ensemble d’objets parmi les objets suivants : sections de fuselages, dérives, voilures, portes passagers, portes cargo, moteurs, nacelles, mats réacteurs, plans horizontaux et verticaux, trains d’atterrissages, éléments de la cabine ou autres pièces de l’aéronef. Procédé de modélisation de variabilités géométriques d’un ensemble de composants dans un contexte d’assemblage industriel desdits composants, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes : -acquérir un ensemble de mesures géométriques sur un échantillon de composants fabriqués, -sélectionner pour chaque composant dudit échantillon de composants, une zone d’intérêt ainsi qu’un sous-ensemble de mesures relatif à ladite zone d’intérêt dudit chaque composant, -appliquer une analyse en composantes principales sur ledit sous-ensemble de mesures de chaque composant, et -construire un modèle de variabilité géométrique pour chaque composant en identifiant des phénomènes mécaniques et leur contribution à la variabilité des mesures à partir de ladite analyse en composantes principales relative audit chaque composant. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes : - analyser des causes de la variabilité géométrique desdits composants et identifier des améliorations, et - fabriquer de nouveaux composants prenant en compte lesdites améliorations. Installation industrielle de production d’un ensemble de composants, comportant : - un dispositif informatique (33) configuré pour : - acquérir un ensemble de mesures géométriques réalisées sur des composants fabriqués selon un processus de fabrication initial, - modéliser la variabilité géométrique desdits composants en utilisant ledit ensemble de mesures géométriques, selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 du système de modélisation, - représenter graphiquement la modélisation relative desdits composants selon une représentation tridimensionnelle comportant les effets des phénomènes mécaniques des variabilités sur les composants ainsi que leurs pourcentages de contribution, et - un système de production (32) configuré pour fabriquer de nouveaux composants selon un nouvel processus de fabrication corrigeant des opérations de fabrication initiales responsables des variabilités géométriques présentant les plus grands pourcentages de contribution.