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Méthode de conception produit/process pour l’installation modulaire des systèmes aéronautiques
La problématique industrielle est posée par EADS Innovation Works dans le cadre d'Innocampus et plus particulièrement dans le contexte du GRC « Assemblage flexible ». Les enjeux industriels et économiques de la réalisation des aéronefs poussent les constructeurs à rechercher en permanence des solutions constructives innovantes permettant de répondre aux nouvelles contraintes de notre monde moderne. Un objectif majeur aujourd'hui est de combattre les consommations d'énergies en visant entre autres à réduire les masses sans pour autant oublier les objectifs classiques dus à la concurrence que sont les délais de livraison de plus en plus courts, les coûts de plus en plus faibles sans dégrader la qualité.
Parmi l'ensemble des voies envisagées pour atteindre ces objectifs de développement durable, il en est une qui porte sur la recherche de nouveaux concepts produit/process pour l'assemblage des systèmes électriques, optiques, hydrauliques, fluidiques (air et eau), etc. des aéronefs. Ces systèmes multi physiques, très divers de par leur nature et très complexes de par leur fonctions, représentent une part importante des masses, des coûts et des temps de production. Leur installation dans la structure se fait aujourd'hui en phase finale d'assemblage avec des processus complexes compte tenu de l'imbrication forte de la structure et des systèmes. De plus, ces systèmes subissent des évolutions importantes et tardives dans le cycle de développement dues à la personnalisation des produits et parfois dues à un manque de maturité de la conception par l'intégration de nouveaux composants.
Objectif des travaux
Les travaux réalisés pour répondre à ce besoin industriel ont fait l'objet de la thèse de Pierre Mons qui devrait être soutenue en 2013. L'objectif du travail envisagé vise à réduire les temps d'assemblage par la recherche de nouveaux concepts produit/process et par la mise au point d'une méthode de conception permettant dévaluer les solutions envisagées, leur modification et la montée en cadence de la production. Ce sujet peut avoir de grandes conséquences puisqu'il touche non seulement le produit et les processus de production, mais aussi le système de production lui-même et l'organisation industrielle associée. La méthode de conception devra aider les concepteurs en fournissant des éléments quantitatifs à même de promouvoir des solutions faciles à installer et de faibles coûts. La méthode proposée sera expérimentée sur différentes alternatives de conception. En plus de l'objectif « durée du processus d'assemblage », ces conceptions seront évaluées suivant les critères les plus pertinents qui sont à déterminer et une référence de comparaison qui est à établir.
Principaux résultats obtenus
Inspiré par d'autres secteurs industriels tels que l'automobile, l'industrie électrique, le bâtiment, etc, la « conception modulaire » des assemblages a été retenue pour tenter de répondre à ces objectifs. Cette voie permettra d'envisager l'installation des systèmes par les différents partenaires du découpage industriel d'un aéronef, et d'accélérer selon les concepts retenus, les gains de temps dans la phase d'assemblage. Une recherche bibliographique a permis de comprendre les mécanismes de découpage des systèmes en analysant les solutions retenues, leurs caractéristiques et les conséquences de cette approche sur le système de production et son organisation. Pour initier la méthode de conception, les concepts suivants d'installation modulaire de systèmes ont été envisagés :
- Module de structure avec des systèmes pré-intégrés,
- Structure modulaire comportant une sous-structure porteuse de systèmes et pouvant jouer un rôle fonctionnel,
- Installation groupée de plusieurs systèmes simultanément à l'aide d'outillage.
Sur cette base de concepts, les travaux ont conduit après validation expérimentale de maquettage à déposer 3 brevets sur le concept de structure modulaire pour l'assemblage d'aéronef.
La méthode d'aide à la conception qui est proposée permet de rechercher des zones pertinentes d'utilisation de modules via le modèle de macro-cluster. Les macro-clusters sont pilotés par la recherche de gain sur la masse et sur le temps d'installation des systèmes aéronautiques. Le modèle de macro-cluster est associé à un outil permettant de visualiser, sous forme de cartographie les zones pertinentes d'utilisation de modules. Le macro-clustering constitue une évolution de la démarche de conception d'une architecture système.
A partir des macro-clusters, un affinage de la recherche permet de converger vers une solution initiale de modules, basé sur le modèle de micro-clusters. L'obtention de micro-clusters est pilotée par une fonction objectif intégrant des paramètres liés aux exigences métiers tel que : la maintenance, la fabrication et l'assemblage. Le traitement de cette fonction objectif fait l'objet de l'utilisation d'un algorithme de clustering. Le micro-clustering constitue une deuxième évolution de la démarche de conception d'une architecture système.
D'un point de vue méthodologique, les travaux aboutissent à une évolution de la démarche industrielle de conception d'un avion. Cette évolution est basée sur l'intégration et sur le traitement des modèles de macro-clusters et micro-clusters proposés.
D'un point de vue opérationnel, les résultats contribuent à l'enrichissement de la maquette numérique de l'architecture système. L'évolution proposée permet d'apporter à la maquette numérique initiale, des entités de conception modulaire décrites par une géométrie, des caractéristiques techniques et des indicateurs de performance. De plus, une visualisation des zones d'implantation pertinente de modules est proposée aux concepteurs.
La méthode d'aide à la conception agrémentée des outils proposés a été validée lors de la réalisation d'un projet industriel : « Airbus Floor Grid Module A350 XWB ». Les résultats obtenus sont actuellement développés pour être intégrés dans la conception finale de l'A350 - 900.
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