Gestion de production : zéro rebut sur des pièces aéronautiques

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GEST I O N D E P R O D U C T I O N
Zéro rebut sur des pièces
aéronautiques complexes

La mise en œuvre des matériaux composites mêle étapes manuelles et automatisées. Elle peut s’avérer délicate à maîtriser. Pour preuve, Composites Atlantic
Limited a vu ses taux de rebuts grimper à 13 % sur une production de pièces pour
Bombardier. La société canadienne a bien sûr tenté de remédier au problème. Sans
succès. Elle a alors fait appel à Intercim qui, grâce à l’utilisation du logiciel Pertinence
Suite et de son module d’analyse intelligente de données, a pu éliminer la presque
totalité des non-conformités en sortie des chaînes de fabrication.
L
es matériaux composites représentent aujourd’hui plus de la moitié
des pièces qui constituent la structure d’un avion. Insensibles à
l’oxydation, ces matériaux (des fibres de
verre, de carbone ou de Kevlar noyés dans
une matrice de résine) contribuent à réduire
considérablement le poids des appareils. De
plus, en faisant varier la densité des fibres et
leur orientation, les concepteurs peuvent
ajuster la résistance mécanique des pièces
dans certaines directions. Ces formidables
atouts tirent la demande. Mais les constructeurs d’avions imposent
des cadences touL’essentiel
jours plus élevées,
 Composites Atlantic Limited
pour des coûts de profabrique des pièces
duction toujours plus
structurelles d’avion en
bas. Faibles coûts tout
matériaux composites.
à fait relatifs, lorsque
 La société canadienne était
l’on sait qu’une pièce
confrontée à un problème
de fuselage d’une
de non-conformité sur ces
quinzaine de mètres
pièces.
de long peut atteindre
 Grâce au logiciel Pertinence
1 million de dollars.
Suite d’Intercim, et
Toutefois, si ces matéà son module d’analyse de
riaux
composites se
données, les pièces ne
sont démocratisés desont plus rebutées, et les
puis plusieurs dizaines
reprises sont réduites.
d’années, leur concep Bombardier a financé l’achat
tion ainsi que leur fadu logiciel après que son
brication restent très
équipe d’ingénieurs envoyée
délicates. Seules quelsur place n’a pas trouvé
de réponse au problème.
ques entreprises ayant
développé des compé-
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tences spécifiques dans ce domaine en maîtrisent la production. Composites Atlantic
Limited (CAL), société canadienne basée à
Lunenburg, en Nouvelle-Ecosse, fait partie
de ce cercle d’experts. Aujourd’hui filiale à
100 % d’EADS Sogerma, elle est depuis vingt
ans présente sur les marchés de l’aéronautique, du spatial, de la Défense et de l’énergie.
Elle maîtrise toutes les technologies de fabrication de composites. Malgré sa longue expérience, la société s’est trouvée confrontée
en 2005 à un problème de qualité sur une
pièce spécifique : le “bord d’attaque” d’une
aile d’avion (l’arête située à l’avant de l’aile).
Ces éléments de structure, chargés de séparer
le flux d’air entre le dessous et le dessus de
l’aile, sont soumis à de très fortes contraintes.
Ils sont fabriqués en utilisant la technique du
“drapage”, pour laquelle on utilise de grandes surfaces de fibres tissées (ici du Kevlar),
qui sont pré imprégnées de résine et que
l’on colle les unes sur les autres autour d’un
moule (ou matrice). Le drapage autorise
l’obtention d’un maximum de résistance
aux endroits où cela est nécessaire. Mais ce
processus, impérativement effectué à la
main, est à la fois très coûteux et relativement imprévisible. En effet, il est impossible
de simuler avec suffisamment de précision
le comportement des draps de composites,
lors du collage comme lors de la cuisson qui
solidifie la résine. Les risques de non-conformité sont multiples, et le plus souvent
impossibles à prévoir. Mais surtout, les défauts ne sont identifiés qu’à la fin du cycle
de fabrication (une semaine ou plus selon
les pièces), en sortie du four, alors que la
fabrication de la pièce est quasiment achevée. Des bulles peuvent se former entre deux
couches de fibres (défaut de porosité), et
une ou plusieurs couches peuvent se décoller aux extrémités de la pièce. C’est ce type
de défaut, appelé “délaminage”, qui a été
relevé par Composites Atlantic Limited sur le
bord d’attaque de l’avion Bombardier Q400.
Un taux de rebuts qui atteignait
jusqu’à 13 % de la production
Ce délaminage se détecte par des contrôles
visuels et ultrasonores en sortie de chaîne.
Lorsque quelques couches externes sont décollées, on effectue une opération de reprise
sur la pièce. Mais lorsque le décollement intervient au milieu des couches de fibres,
toute la pièce doit être rebutée. D’où des
pertes financières conséquentes. Or le problème était devenu récurrent, à tel point que
les pertes pouvaient parfois concerner jusqu’à 13 % de la production. Les pièces à
reprendre, quant à elles, pouvaient représenter jusqu’à 28 % des lots. Il est même arrivé
sur certaines périodes que près de 40 % de
la production ne passe pas du premier coup
les contrôles qualité. Les opérations de reprise entraînaient l’engorgement des chaînes
de production. Derek Kinsman, vice-président de Composites Atlantic Limited, se souvient
que « ces taux de rebuts inexplicables et inexpliqués
avaient de lourdes conséquences : des retards des livraisons pouvant parfois atteindre jusqu’à six mois, un
surcoût du programme à absorber en interne, et un
risque accru de perte de confiance de notre client. Sans
compter notre propre frustration face à notre incapacité à résoudre ce problème ». Bien entendu, les
responsables de CAL ont pris en compte ces
retards de production, afin que son client ne
soit pas trop impacté. Ils ont dû faire face aux
augmentations de cadences, atteignant deux
lots par semaine, imposées par les commandes
de leur donneur d’ordre. En 2006, devant
les difficultés rencontrées par son sous-trai-
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Sur ces photos du Bombardier Q400, on peut distinguer (en noir)
la pièce composite qui présentait des problèmes de délaminage.
Il s’agit du bord d’attaque, la partie avant de l’aile de l’appareil.
tant, Bombardier dépêche une équipe d’ingénieurs chez CAL. Ces derniers travaillent
pendant environ un an à l’identification du
problème. Ils mettent en place un suivi systématique de près d’une centaine de paramètres, concernant à la fois les matières
premières, les procédés de fabrication et des
informations sur les opérateurs. Mais aucune
amélioration n’est constatée. Tout le processus est maîtrisé, toutes les données entrent
dans le cadre des spécifications, et les responsables de chaque étape de fabrication
respectent leur cahier des charges. Or le procédé de fabrication ne donne toujours pas
entièrement satisfaction. L’apparition de pièces
mauvaises semble aussi aléatoire qu’inexplicable.
Aucune relation directement
identifiable entre les paramètres
Les responsables de CAL se lancent alors à la
recherche d’une solution capable de s’adapter
à une production si complexe. Ils identifient
Pertinence Suite, la suite logicielle proposée
par le groupe Intercim. Cet ensemble de logiciels de Management des opérations de fabrication est capable de repérer des corrélations
entre plusieurs paramètres parmi des masses
de données. Les dirigeants d’Intercim sont convaincus de pouvoir apporter une solution à
CAL, mais les moyens limités de la société
canadienne ne lui permettent pas de s’offrir
les services de Pertinence Suite. La société
Bombardier, directement concernée par la résolution du problème, décide alors de prendre à sa charge l’achat du logiciel.
L’implémentation du logiciel Pertinence
Suite powered by Velocity et de son module
Process Rules Discovery a commencé au
début de l’année 2007. Au bout de trois semaines, l’analyse des données a pu commencer. Elle s’est appuyée sur le volume
important de données de production que les
équipes de CAL, puis de Bombardier, avaient
récolté depuis deux ans. « D’ordinaire, expli-
que Romain Lavault, responsable du développement mondial chez Intercim, notre premier
travail, quand nous démarrons un nouveau projet,
consiste à identifier les paramètres à mesurer, puis
nous travaillons avec les techniciens à la mise en place
des différents outils d’instrumentation et de collecte
des données. Car c’est uniquement grâce à de grandes
quantités de données que l’analyse peut se révéler parfaitement pertinente. Dans le cas du bord d’attaque
de CAL, toutes les données liées au processus sans
exception avaient déjà fait l’objet de relevés minutieux.
C’est ainsi que nous avons pu être en mesure de soumettre les premières pistes de solution en un peu moins
de six semaines. »
Parmi la centaine de paramètres déjà identifiés et mesurés, près de la moitié concernait
les caractéristiques de la matière première.
Pour le reste, rien n’était laissé au hasard :
toutes les données relatives au stockage des
matériaux étaient conservées, de même que
les paramètres de production (température
et durée de cuisson, niveau de vide et
d’hygrométrie dans l’atelier, mais aussi des
données concernant le technicien en charge
de l’opération, jusqu’à savoir si la fabrication
avait eu lieu durant la nuit ou durant la journée). L’analyse des données par le module
de recherche de règles de production a
abouti à l’élimination de la plupart des ➜
Composites Atlantic Limited en bref
Aujourd’hui filiale à 100 % du groupe EADS Sogerma, la société Composites Atlantic Limited est l’un
des spécialistes mondiaux dans le domaine de la conception et de la fabrication de pièces composites
complexes, ainsi que dans l’intégration de sous-systèmes composites pour l’aérospatiale, la Défense
et les marchés des transports. Elle compte plus de 400 collaborateurs, et produit des éléments de
structures et des conduites d’aération pour avions et hélicoptères, des corps de missiles et de
lanceurs, des caissons hermétiques pour les satellites et autres engins spatiaux. Cette société, basée
à Lunenburg (Nouvelle-Ecosse), compte parmi ses clients Airbus, Bœing, Bombardier, Dassault,
EADS, Eurocopter, Lockheed Martin, etc.
A noter que EADS Sogerma possède également une filiale française. Basée dans la région bordelaise,
Composites Aquitaine dispose de 25 ans d’expérience dans la fabrication de pièces composites.
A l’instar de son homologue canadien, elle maîtrise toutes les techniques de mise en œuvre
et produit des éléments pour l’aéronautique, la Défense, le ferroviaire, le stockage de gaz, etc.
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Trois techniques de fabrication de pièces composites
Le drapage
supérieures à 120 °C. La technique de
drapage est relativement complexe
à mettre en œuvre, et une grande maîtrise
dans la conception des pièces et dans
l’industrialisation est nécessaire pour
obtenir les performances mécaniques
demandées au meilleur coût.
Le RTM (Resine Transfer Molding)
L’enroulement filamentaire
(pour les pièces de révolution)
La technologie de drapage est basée sur la
mise en œuvre de tissus de fibres (verre,
aramide, carbone, Kevlar, etc.) imprégnés
au préalable d’une résine (époxy ou
phénolique, le plus souvent). L’utilisation
de ces tissus préimprégnés permet de
réaliser des structures finies performantes
et fiables du point de vue de la résistance
mécanique. L’essentiel des structures
“sandwich”, à âme en nid-d’abeilles ou en
mousse, est réalisé par drapage.
On utilise également cette technique pour
renforcer des pièces localement. Pour
cela, des drapages de pièces de tissus de
tailles dégressives sont déposés un par
un sur la zone à renforcer. La géométrie
ainsi obtenue est beaucoup plus précise
qu’avec une technique de moulage.
La polymérisation (opération de solidification de la résine) est assurée en étuve,
sous presse ou dans un autoclave selon la
nature des pièces à réaliser. L’autoclave
(ou four à vide) permet la polymérisation
sous vide de la résine à des températures
L’enroulement filamentaire est une
technologie de mise en œuvre rapide,
fiable et automatisée. Elle est adaptée,
d’une façon générale, à toutes les pièces
de révolution, quelle que soit la forme de
la courbe génératrice. L’enroulement
filamentaire permet d’accéder à des
composites de hautes performances
(teneur volumique de fibres supérieure à
60 %) avec tous les types de fibres (verre,
aramide, carbone, etc.).
Il s’agit d’une technique visant à placer les
fibres dans un moule fermé, puis à injecter
la résine sous faible pression (de 1 à 3 bar).
Cette dernière vient imprégner progressivement le renfort. Ce procédé, plus simple
à automatiser que le drapage, abaisse les
coûts de fabrication.
Toutefois, cette technologie convient
davantage pour la réalisation de pièces
peu sollicitées (habillage ou garnissage
par exemple). Elle est encore peu
employée dans le domaine des pièces de
structure, compte tenu des difficultés
de mise en œuvre. Mais les premières
pièces structurelles injectées commencent
néanmoins à voir le jour.
Source : Composites Aquitaine
Les relations discrètes
ne sont plus secrètes
L’offre Pertinence Suite powered by Velocity
d’Intercim est née de la fusion en 2007 avec
la société française Pertinence. L’éditeur américain
était déjà spécialisé dans les solutions de gestion
de production par le biais de son logiciel Velocity.
Pertinence y a ajouté son savoir-faire en matière
d’analyse intelligente de données. Le module
d’analyse de données est capable de déceler des
relations entre des paramètres qui ne sauraient
être découvertes par des outils d’analyse
classiques, plans d’expérience ou autres. Non
seulement un responsable de production
peut connaître l’état d’une production en temps
réel, mais il est surtout capable de déterminer si les
paramètres de la production en cours vont aboutir
à des pièces conformes ou non aux spécifications.
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➜ paramètres, pour n’en laisser qu’une dizaine ayant effectivement un impact sur la
qualité finale du bord d’attaque. Process
Rules Discovery a également identifié des
conditions initiales qui aboutissent systématiquement à des pièces mauvaises, ainsi que
celles qui aboutissent systématiquement à
des pièces conformes. C’est l’un des points
forts du logiciel. Il décèle des combinaisons
non triviales de paramètres qui posent problème à coup sûr. « Ce sont pour la plupart des
combinaisons “sournoises”, mettant en jeu jusqu’à
trois paramètres à la fois, précise Romain Lavault.
L’analyse a montré en effet que les défauts résultaient
le plus souvent de combinaisons malheureuses entre
des paramètres de matières premières et des paramètres
de production. C’est la raison pour laquelle les équipes
de CAL et de Bombardier n’étaient pas parvenues
à les identifier. »
Parmi les problèmes identifiés par Process
Rules Discovery, il est apparu que certaines
caractéristiques de viscosité de la résine,
pourtant parfaitement conformes aux spécifications, pouvaient entraîner des défauts en
fonction des temps passés sous vide et à l’air
libre. Le temps passé par la pièce dans l’autoclave et dans les magasins de stockage peut
en effet varier selon que l’opération est effectuée durant la semaine ou pendant un
week-end.
Eviter les productions à risque,
sans modifier les spécifications
Une fois l’analyse des données et l’identification des règles de fabrication terminées,
une phase de “production sous contrôle” est
lancée en utilisant les modules “Process
Execution” et “Operations Advisor” de
Pertinence Suite. Il s’agit désormais de surveiller en permanence la production pour
détecter au plus tôt les situations à risque et
prendre les mesures adéquates pour rétablir
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Composites Aquitaine
La fabrication des bords
d’attaque nécessite l’emploi
de fours sous vide (ou
autoclaves) tels que celui-ci.
Ils servent à polymériser
les résines entourant les
fibres de Kevlar.
Il est impossible de
connaître les caratéristiques
finales d’une pièce tant
qu’elle n’est pas sortie
du four, d’où les difficultés
éprouvées par Atlantic
Composites Limited
à diminuer le nombre de
rebuts.
l’orientation du processus de fabrication.
« On peut comparer la production sous contrôle à une
autoroute à trois voies, commente Romain
Lavault. En effet, si l’on roule sur la voie du milieu
et que l’on aperçoit un obstacle devant soi suffisamment tôt, il est toujours possible de se décaler sur l’une
ou l’autre des voies pour pouvoir continuer son chemin
sans encombres. »
Pour les responsables de CAL, l’aspect le plus
intéressant est d’avoir mis en place cette production maîtrisée sans qu’aucune modification des spécifications ni des procédés de
fabrications ne soit nécessaire. « Cela coûte très
cher de durcir les spécifications, surtout en ce qui
concerne les matières premières, ajoute Séverine
Guitton, responsable du service méthodes
chez Composites Atlantic Limited. Certes, les nonconformités atteignaient 40 %, mais il nous fallait
penser aux 60 % de pièces bonnes, pour lesquelles un
tri plus sévère des matières premières n’aurait servi à
rien. Avec Pertinence Suite, tout ce que nous avons eu
à faire fut d’ajouter quelques règles supplémentaires
simples à nos fiches opérateurs. Comme par exemple :
si une pièce passe le week-end dans le magasin de
stockage avant d’être passée dans le four, alors il faut
la faire cuire plus longtemps. »
Les retards sont rattrapés,
plus aucune pièce n’est éliminée
Grâce à cette production maîtrisée, les dirigeants de CAL n’ont plus aucun rebut à déplorer. Ils ont totalement éliminé les 13 % de
défauts sévères. Et en ce qui concerne les pièces à reprendre, pour lesquelles il faut recoller
quelques couches externes de fibres, leur
nombre est passé de 28 % à moins de 1 %.
Des chiffres qui parlent d’eux-mêmes… Par
cette amélioration significative de la qualité
des pièces, CAL a été en mesure de rattraper
en sept mois le retard accumulé en deux
ans !
Aujourd’hui, la solution Pertinence Suite
d’Intercim est utilisée pour trois autres familles de bords d’attaque. En ce qui concerne les autres fabrications, le logiciel est
employé pour des besoins ponctuels, pour
aider à la résolution de problèmes, mais pas
encore pour un contrôle systématique en
cours de production. La société canadienne
n’en a pas les moyens. Elle a dû faire des
compromis pour utiliser au juste coût les
capacités du logiciel. Elle a d’ailleurs maintenu pour l’instant un fonctionnement “manuel” du logiciel. Les techniciens du service
qualité recueillent les données manuellement, les mettent en forme sous Excel, puis
les injectent dans Pertinence Suite. Mais cela
ne pose pas de problème compte tenu de la
relative lenteur des différents cycles opératoires. Selon Romain Lavault, « il manquait à
CAL un logiciel véritablement orienté “production”,
car leur système MES existant (Manufacturing
Execution System) restait axé sur les aspects administratifs et transactionnels de l’entreprise. Nous nous
sommes aperçus que cette situation était relativement
récurrente dans l’aéronautique, car il n’existe pas de
logiciel standard en management des opérations pour
ce secteur ». Il souligne par ailleurs ce bel
exemple de collaboration entre un constructeur et son fournisseur, pour résoudre un
problème de production complexe.
Frédéric Parisot
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