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Ingénieuses, presque "intelligentes"

GUIDE RÉALISÉ PAR FRANÇOIS-XAVIER LENOIR
Les fixations associant plusieurs fonctions procurent des gains parfois substantiels et évitent souvent des coûts annexes.

Alors que le volume des ventes des éléments de fixation ne dépasse pas 1 % des achats, les entreprises doivent continuer à surveiller le prix des pièces d'assemblage, à essayer de produire au plus juste et à valider la pertinence de leurs choix. Il faut dire que les conséquences de ces choix sont parfois sérieuses. « Une mauvaise conception de la fixation ou de l'assemblage peut générer 70 % de coûts en plus au stade du produit fini », rabâche-t-on dans la profession. Autrement dit, une pièce qui passe 10 % du temps en assemblage peut grever 70 % du budget. Un gain doit aussi s'estimer en coûts supprimés et l'on doit se poser des questions : combien de coûts de non-qualité réduits ? combien de retouches dispendieuses évitées ?

En revanche, un bon choix fait gagner de l'argent. En matière de fixations, les meilleures solutions viennent toujours de l'intégration des fonctions. « Quand on avait deux pièces pour deux fonctions et qu'il n'y en a plus qu'une seule, on fait forcément des économies sur la gestion de la diversité », fait observer Jean-Jacques Legat, responsable du bureau d'études de A. Raymond.

Dans le domaine de l'assemblage, les produits innovants sont presque tous dus à la présence de pièces multifonctionnelles, parce que ce sont elles qui font gagner le plus d'argent. « Une pièce qui ne fait que se visser, ça n'est plus d'actualité », déclare Laurent Bourseguin, directeur technique du distributeur spécialisé Chapellet.

Aujourd'hui, on va même au-delà de l'aspect multifonction avec les fixations "intelligentes", c'est-à-dire des composants d'assemblage capables de s'assurer par eux-mêmes qu'ils remplissent bien leur fonction, de surveiller le bon vissage ou le bon serrage.

Les premières fixations "intelligentes" ont fait leur apparition, il y a quatre ans environ, avec l'iBolt de Bosch, boulon intelligent déterminant la présence ou non d'un passager sur le siège d'un véhicule. Aujourd'hui, le Fastener intelligent de Textron Fastening Systems va beaucoup plus loin puisqu'il est utilisable dans l'aéronautique, l'automobile, la construction électrique ou l'informatique pour assurer le démontage ou le réglage d'équipements.

Gagner du temps, baisser les coûts

L'assemblage est un secteur où la concurrence mondiale est forte. « Pour se prémunir contre les délocalisations, des vis spéciales remplacent des vis standards, note Gérard Monnet, responsable R&D d'ITW Rivex. Nous vendons de l'innovation, des produits brevetés pour mieux nous protéger et, parmi ceux-ci, des pièces de fixation multifonctions. »

Pour Gérard Monnet cependant, les industriels ne sont pas encore suffisamment sensibilisés. « Nous ne sommes jamais associés assez tôt aux développements des produits, dit-il. En arrivant tard, nous sommes astreints à faire du correctif. Si nous étions partie prenante de la conception des produits dès les premières recherches, nous pourrions fournir des fixations et des assemblages mieux adaptés. » Il pense notamment à des produits avec lesquels, au moment de la pose, on peut rattraper un angle foireux jusqu'à 30°. Il suffit parfois de changer l'extrémité d'une vis. Renault a fait un gain substantiel en acceptant une solution proposée par la société pour les vis de gâches de portes.

« Ce qui est nouveau, dit Jean-Jacques Legat, du bureau d'études de A. Raymond, ce sont les problèmes liés à la fin de vie, au démontage. Avant on s'intéressait surtout à la tenue. Maintenant, il faut prendre en compte l'aspect démontable, vérifier la recyclabilité. » Ce démontage doit être rapide. Il y a aussi une demande pour l'écoconception, preuve d'une certaine maturité industrielle. Elle consiste notamment à utiliser des matériaux moins chers et recyclables, à prévoir le réemploi des déchets et à améliorer l'ergonomie de pose. Jean-Jacques Legat constate aussi l'apparition et le développement de pièces "process", qui n'ont généralement aucun rôle dans le produit fini, mais qui facilitent la fabrication. Comme le réglage de jeux d'affleurement en carrosserie. La maîtrise de la hauteur de jeu entre deux pièces d'accostage procure une meilleure esthétique et un aérodynamisme amélioré.

Parmi les exigences récentes figure la limitation du bruit. La demande porte sur des niveaux d'absorption de bruit, d'obturation, de filtration des éléments vibrants, par exemple des tuyaux, tout en assurant l'étanchéité contre le ruissellement. De même, il existe une demande pour des techniques d'assemblage multimatériaux. Elle devrait conduire à de nouvelles approches fonctionnelles ainsi qu'à la réalisation d'assemblages complexes. D'autres éléments figurant maintenant dans les cahiers des charges concernent la sécurité passive ou l'implantation de l'électronique.

Comment faire un bond technologique ?

Dans son ouvrage Technologies prioritaires 2010 en mécanique, le Cetim et la Fédération des industries mécaniques soulèvent deux questions : la première est celle de la simulation numérique des assemblages. Comment simuler les sollicitations dynamiques et les contraintes dans les assemblages pour les dimensionner. Cette opération nécessite des compétences pointues, mais les éditeurs vont certainement se doter des données de base des lois de comportement. Il faudra encore valider les logiciels de simulation. Il existe toujours le risque que les données entrées soient erronées ou insuffisantes. On simule donc la solidité de la structure assemblée, pas nécessairement l'assemblage lui-même, car certaines notions comme celles du couple de frottement ne sont pas simples.

Néanmoins, la simulation pour l'optimisation de la fixation est en fort développement. Elle nécessite de caractériser chaque type de pièce d'assemblage, chaque fixation, même les petites pièces, et de tenir compte du contact, des non-linéarités et des grandes déformations, bien que l'on reste toujours dans la partie élastique. La déformation plastique est surtout importante pour les lois de comportement. Par exemple quand il faut continuer à tenir en cas d'endommagement.

Les bibliothèques électroniques de composants et les cahiers de préconisation visent à rationaliser les types employés. Ces moyens sont pratiques, notamment pour ne pas se disperser et multiplier les références. Pourtant, les rares projets comme le Renault Standard 2000 sont souvent des voeux pieux. Un historique des consommations est sans doute plus efficace pour aider à proposer une rationalisation. Renault a cependant gagné son pari sur la Logan en utilisant un maximum de pièces existantes.

Que changent les nouvelles exigences ?

Avec la directive RoHS, beaucoup de substances potentiellement dangereuses sont interdites. Il a donc fallu les remplacer à partir de 2006. Dans les cahiers des charges fonctionnels, la problématique liée au démontage et au recyclage a donc fait son apparition. Il arrive que le collage, par exemple, ne soit plus possible et que les bureaux d'études reviennent aux clips ou au boulonnage.

La fonction que l'on essaye de supprimer le plus possible, c'est la préparation. Ne plus décaper, percer, tarauder, centrer, ni positionner est à l'ordre du jour. Cette tendance donne un regain d'intérêt aux tôles minces dans lesquelles on peut visser directement. Dans la mesure du possible, les tôles de 12 ou 15 dixièmes sont remplacées par leurs équivalents de 8 ou 10 dixièmes en utilisant une vis autoperceuse qui crée un renflement.

Enfin, la réactivité est devenue l'une des sources du succès de certains fabricants. Pour cela, ils s'appuient notamment sur le prototypage rapide. « Auparavant, la conception-industrialisation et la réalisation de produits fonctionnels ou de solutions spécifiques pouvaient atteindre trente semaines, note Michael Pult, directeur marketing d'Arnold Umformtechnik. Désormais, nous pouvons répondre pour un assemblage complexe en moins de trois semaines. »

L'ESSENTIEL

- Combiner deux fonctions fait toujours gagner une pièce ou une opération. - Quelques exigences : démontabilité pour le recyclage, tenue à l'endommagement, antibruit... - L'innovation est le seul moyen de se protéger contre la concurrence de produits venant de pays à bas coûts. - L'intelligence commence à faire son apparition dans les fixations.

LES ATTENTES DES INDUSTRIELS

- Il existe dans l'industrie une grosse demande en maîtrise des couples de serrage. Des développements ont été effectués par le Cetim, mais aussi par Georges Renault et Fabricom. On voit apparaître des systèmes couple et angle qui étaient réservés à l'automobile. Les appareils sont moins coûteux, plus compacts, plus conviviaux avec afficheurs et diodes et fonctionnent par apprentissage. - Un système de serrage à la tension est commercialisé par Fabricom. Un calculateur pilote des périodes de vissage-dévissage et mesure les frottements dans les filets. Parallèlement, il compte le nombre de tours. Ce système peut être associé à un système SPC et à un système global pour la traçabilité.

PRATIQUE

Qu'est-ce qu'une fixation intelligente ? Selon Textron, pour qu'une fixation soit qualifiée d'intelligente, elle doit comporter cinq parties :

- Un mécanisme de fixation. Il utilise des principes mécaniques classiques. Il peut être verrouillé par défaut ou être bistable et nécessiter une commande pour changer d'état. - Un mécanisme de commande ou actionneur. Il est généralement actionné par une source d'énergie située à distance. - Une électronique de commande incorporée qui déclenche l'envoi d'énergie vers le mécanisme de mise en oeuvre et provoque des fonctions secondaires dans certains composants.- Des capteurs surveillent l'état de la fixation et l'environnement immédiat. Il est aussi possible de suivre l'évolution de la structure interne des pièces et de vérifier si la fixation est serrée ou desserrée. - Le microprocesseur contrôle toutes les fixations et leurs fonctions annexes : ouverture des commutateurs électriques, réception d'information provenant des capteurs et communications. Le logiciel est aussi capable de prendre en charge la fiabilité du produit.

QUELLES FONCTIONS S'AJOUTENT À LA FIXATION ?

> Autoperçage, autotaraudage, autoformage > Autocentrage, antifoirage (rattrapage d'angle) > Autonettoyage > Indesserrabilité, inviolabilité > Approche et serrage rapides > Fixation et encliquetage rapides > Étanchéité > Continuité électrique > Isolation électrique ou thermique > Antibruit, antivibration > Résistance à la corrosion > Démontabilité pour favoriser le recyclage > Réglage d'accostage, compensation, rattrapage de jeu > Réserve d'énergie > Résistance à l'endommagement > Rupture programmée sous contrainte > Information sur l'état de la fixation ou du serrage > Précharge, tolérance aux conditions de montage...

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