L'approche pratique pour contröler le gaspillage en production
Les fabricants cherchent continuellement des moyens d'optimiser la productivité et l'efficacité. Aujourd'hui, ces efforts impliquent souvent des programmes de haut niveau qui emploient des mots à la mode tels que "cloud computing", "data-driven manufacturing", "cyber-physical systems" et "Industry4.0". Ces initiatives avancées sont d'excellents concepts et peuvent produire des résultats impressionnants. Cependant, la réalité industrielle interfère souvent avec la mise en œuvre de plans aussi ambitieux, et une caractéristique essentielle est la présence de gaspillages incontrôlés dans le processus de fabrication.
Avant de parler de digitalisation et d'optimisation, il est nécessaire pour un industriel d'examiner ses opérations, de déterminer où se trouve ce gaspillage et de développer des méthodes pour le réduire ou l'éliminer. Son contrôle est la première étape de la préparation d'une entreprise manufacturière à l'adoption de stratégies sophistiquées de fabrication intelligente.
Schéma 1 : Composants d'une usine de production
Les bases de l'économie de la production
La fabrication consiste en une série de processus de transformation. Un atelier transforme la matière première en pièces finies ou semi-finies par le biais d'une série d'opérations de transformation individuelles telles que le forgeage, le soudage ou l'usinage. Chaque opération se compose d'un certain nombre d'éléments individuels. Par exemple, la base de l'usinage est constituée de l'outil coupant, de la machine-outil, des dispositifs de fixation et de l'alimentation en liquide de refroidissement. Ensemble, ils forment un système d'usinage qui bénéficie du soutien des équipements et des composants connexes d'un système de production.
Les fonctions de planification, de programmation et de gestion économique entourent le système de production pour former un environnement de production. L'élément clé d'un environnement de production est le personnel. Bien que la fabrication utilise aujourd'hui largement des ordinateurs, des robots et d'autres technologies de pointe, ce sont les personnes qui prennent les décisions qui contrôlent l'environnement dans son ensemble.
Le processus d'usinage est basé sur des données techniques d'application relatives à la sélection des outils, aux conditions de coupe, à la programmation, au matériau de la pièce et à la fixation. D'autres informations essentielles concernent les exigences en matière de volume de production et la qualité spécifiée des pièces finies.
Le lien entre les données techniques de l'application et les préoccupations économiques s'appelle l'économie de la production. L'objectif de la science de l'économie de la production est d'équilibrer tous les facteurs impliqués. Si les éléments techniques produisent les résultats souhaités en termes de qualité, de quantité et de respect des délais, les opérations doivent être effectuées à un coût qui permette à l'entreprise de prospérer.
L'équilibre entre le rendement et le coût de l'usinage passe par trois phases. La première consiste à établir un processus d'usinage fiable. Il est essentiel de minimiser les imprévus tels que les bris d'outils, les copeaux incontrôlés et les pièces détruites qui en résultent. Un atelier établit la fiabilité opérationnelle en choisissant des outils dont la capacité de charge satisfait ou dépasse les charges mécaniques, thermiques, chimiques et tribologiques générées par le processus d'usinage.
Schéma 2 : Modèle d'usinabilité globale
La deuxième phase de la recherche d'une économie de production équilibrée consiste à choisir des conditions de coupe qui reflètent les contraintes imposées au processus d'usinage par les événements du monde réel. Les capacités théoriques d'un outil coupant sont vastes. Mais les réalités spécifiques de l'atelier limitent la gamme des paramètres d'application efficaces.
Par exemple, les capacités et les performances d'un outil varient en fonction de la puissance de la machine-outil qui l'applique, des caractéristiques d'usinage du matériau de la pièce ou de la configuration d'une pièce qui peut être sujette à des vibrations ou à des déformations. Bien qu'il existe un vaste choix de conditions de coupe qui fonctionnent en théorie, les contraintes imposées par la réalité réduisent malheureusement l'éventail des choix possibles.
Schéma 3 - Illustration en 3D montrant l'ensemble des combinaisons de conditions de coupe pouvant être utilisées dans les limites de l'environnement de coupe.
Ce schéma 3 illustre un grand choix de vitesses de coupe, de profondeurs de coupe et d'avances qui a été réduit pour tenir compte des diverses réalités d'une application de coupe spécifique.
L'application de conditions de coupe en dehors des contraintes d'une situation spécifique aura des conséquences économiques négatives, notamment une augmentation des coûts et une baisse de la productivité. Environ 90 % des problèmes rencontrés lors de l'usinage résultent d'un non respect des contraintes que les réalités de l'atelier imposent au processus de coupe.
Lorsque les conditions de coupe ne dépassent pas les contraintes imposées par les réalités de l'atelier, l'opération est sûre d'un point de vue technique. Cependant, toutes les combinaisons de conditions de coupe techniquement sûres ne produisent pas le même résultat économique. Le changement de ces dernières modifie le coût du processus d'usinage. Le passage à des conditions de coupe plus agressives, mais toujours techniquement sûres, augmentera la production de pièces finies, mais après un certain temps, la productivité diminuera puisque les paramètres de coupe agressifs entraîneront également une réduction de la durée de vie de l'outil. La production de pièces au fil du temps diminuera également, car il faudra passer plus de temps à changer les outils usés.
Il existe parfois une combinaison de conditions de coupe qui permet d'équilibrer la production et les coûts de fabrication. Le graphique 4 illustre la relation entre les conditions de coupe, la productivité et le coût des outils et des machines. (Le graphique se concentre uniquement sur les éléments qui varient en fonction des conditions de coupe - les coûts des matériaux, des frais généraux, de l'administration et de l'ingénierie ne sont pas pris en compte). Les conditions plus agressives se trouvent à droite des axes et la productivité plus élevée en haut. La bande bleu pâle au milieu du graphique indique où les conditions de coupe produisent un équilibre entre la productivité (rendement le plus élevé) et l'économie (coût le plus bas).
Graphique 4 – relation entre les conditions de coupe, la productivité et les coûts d'usinage. Cette figure présente un modèle simplifié, qui ne tient pas compte des facteurs de gaspillage.
Par conséquent, la troisième phase de l'équilibre économique de la production consiste à déterminer la combinaison optimale des conditions de coupe pour une situation donnée. Il est essentiel de prendre en compte tous les facteurs de l'opération d'usinage pour établir un cadre de travail où les paramètres de coupe fournissent les niveaux de productivité et d'économie souhaités.
L'effet du gaspillage sur l'économie de la production
Malheureusement, les méthodes scientifiques élaborées de l'économie de production équilibrée sont à la merci du gaspillage dans le système de fabrication. Celui-ci détruit l'équilibre et se manifeste de différentes manières. Par exemple, c'est un gaspillage d'énergie et de puissance lorsqu'une machine-outil de 60 kW est utilisée pour une application en cours qui ne nécessite que 15 kW. Dans une autre situation, lorsque les pièces finies ne répondent pas aux niveaux de qualité requis, le temps, l'argent et les ressources investis dans le processus sont gaspillés dans la poursuite d'un résultat inacceptable. De même, la fabrication de pièces qui dépassent inutilement les niveaux de qualité requis constitue un gaspillage, car l'obtention d'une qualité accrue augmente les coûts.
Une forme de gaspillage moins évidente et moins bien comprise est la sous-utilisation ou la mauvaise utilisation des ressources intellectuelles. Certains collaborateurs d'une entreprise peuvent posséder des connaissances ou des compétences qui aideront l'entreprise à atteindre ses objectifs, mais pour des raisons allant d'une mauvaise communication à des politiques internes à l'entreprise, celles-ci ne sont pas partagées et ne sont donc pas utilisées à bon escient.
Les outils de réduction du gaspillage
Après avoir identifié et catégorisé les différents types de gaspillage, l'atelier doit élaborer un plan visant à les réduire ou à les éliminer. Il existe un large éventail de solutions qui permettent à un fabricant d'identifier, de quantifier et de minimiser les pratiques de gaspillage. Par exemple, l'analyse de l'utilisation, de la manipulation et de la détérioration des outils permet de repérer les sources de problèmes.
Ces analyses ont montré que, dans certains cas, 20 à 30 % des outils considérés comme usés par les opérateurs étaient en fait encore fonctionnels - le reste de la durée de vie de l'outil était gaspillé. La définition de critères clairs en matière d'usure des outils et la communication de ces normes au personnel de l'atelier permettront de réduire considérablement le gaspillage de la durée de vie des outils.
De même, les analyses des temps d'arrêt des machines quantifient le temps passé à des activités telles que le réglage, la programmation et le changement d'outil. Ces analyses indiquent souvent que 50 à 60 % des temps d'arrêt des machines peuvent être évités par une meilleure compréhension, une meilleure exécution et une meilleure coordination de ces activités nécessaires mais chronophages.
Le recours à des entretiens, à des enquêtes et à des programmes de formation peut permettre de découvrir de nombreuses informations utiles lorsqu'il s'agit de traiter des problèmes de ressources humaines qui entraînent un gaspillage de ressources intellectuelles ainsi que des connaissances et des compétences non exploitées. Les collaborateurs accomplissent ainsi mieux leur travail et développent des capacités qui maximisent la productivité du personnel.
Gestion des activités à valeur ajoutée, celles qui en créent et celles qui ne sont pas nécessaires
Au début du XXe siècle, l'ingénieur industriel américain Fredrick Taylor a étudié le fonctionnement des ateliers et proposé d'améliorer la productivité en éliminant toutes les activités d'un processus qui n'ajoutent pas de valeur au produit final. Les directives modernes de fabrication "allégée" suivent ce même raisonnement.
Dans les opérations d'usinage, la seule véritable activité à valeur ajoutée se produit lorsque l'outil coupe le métal et produit des copeaux. D'autres actions, telles que le chargement des pièces et des fixations, appelées activités de valorisation, n'ajoutent pas directement de la valeur au produit manufacturé, mais sont nécessaires pour permettre à l'activité de valorisation de se produire.
Un troisième groupe d'activités dans le système d'usinage est celui des activités inutiles. Ces activités ne créent pas de valeur et ne permettent pas d'en créer, mais consomment des ressources sans aucun avantage. Elles ne sont que des occasions de gaspillage. La résolution de problèmes est un exemple d'activité "inutile". Si un processus est correctement conçu et contrôlé au départ, il n'est pas censé y avoir de problèmes et donc de temps perdu à les résoudre.
Schéma 5 - Représentation schématique d'un atelier d'usinage et de tous les éléments qui s'y rapportent.
Conclusion
Par le passé, les activités inutiles ont été largement considérées comme faisant partie intégrante du processus de fabrication et n'ont pas été reconnues comme des perturbations significatives de la réalisation d'une économie de la production équilibrée. Aujourd'hui, l'attention se porte sur l'élimination ou la minimisation des activités inutiles. La planification de la productivité ou de la capacité se concentre sur leur élimination, et celle des activités à faible valeur ajoutée et donc sur l'optimisation de celles à forte valeur ajoutée. (Voir schéma 6)
Figure 6 - Vue d'ensemble des activités à valeur ajoutée (orange), de celles qui génèrent de la valeur (bleu) et de celles qui génèrent du gaspillage (rouge). Le facteur humain (en gris) est le facteur clé pour atteindre une performance optimale en matière de fabrication.
Lorsque le gaspillage est éliminé, l'économie de production théorique devient une économie de production pratique. À ce moment-là, les progrès de l'économie de la production peuvent être appliqués directement à la réussite de l'entreprise. Toutefois, il convient d'être prudent dans les efforts déployés pour éliminer toutes les occasions de gaspillage. Il est important de quantifier le retour sur investissement des activités de réduction des déchets. L'élimination totale d'un certain type de gaspillage peut impliquer un investissement si important que, d'un point de vue économique, il est préférable de l'accepter, en tout ou en partie, et de s'en accommoder. De telles décisions sont prises à la suite d'une analyse quantitative appropriée et de discussions au sein de l'entreprise sur la manière dont les décisions affecteront les objectifs et la philosophie de l'entreprise.
