Mesures de précision 101 : Métrologie essentielle pour l'excellence manufacturière

Que vous créiez une aube aéronautique, une culasse automobile ou une soupape sur un ventilateur, la précision dans la fabrication est cruciale. Voici ce qu'il faut savoir sur les mesures de précision dans la fabrication.

Le besoin de mesure de précision existe depuis aussi longtemps que les humains vont places et construisent des choses. Sans, il n'y aurait pas de moyen de se vanter de la distance que votre armée a marchée, de la hauteur de la pyramide que vous avez construite, ou de l'étendue de vos champs arables.

Ce n'est qu'au moment où les humains ont commencé à produire en masse des composants interchangeables, cependant — armes à feu et pièces pour machines, principalement — que la justesse est devenue tout aussi importante pour les fabricants et ceux qui utilisent leurs produits.

Justesse ? Précision ? Quelle est la différence ? Pour emprunter à une illustration populaire, un archer précis peut frapper répétitivement la même zone sur une cible, même si ce point n'est nulle part près du centre. Un tir juste, d'autre part, est celui qui touche le centre, peu importe si le prochain tir part à côté. La personne qui remporte le prix est celle qui peut atteindre les deux — précision et justesse — un qualificatif qui est aussi vrai pour le stand de tir à l'arc que pour le plancher de production.

La langue internationale des mesures

Des discussions comme celles-ci relèvent de la métrologie, la science de la mesure. Les métrologues vous diront que la détermination de la justesse de n'importe quel objet (à quel point il s'est approché de la cible) et de la précision du processus utilisé pour le fabriquer (à quelle fréquence il peut répéter cette performance) nécessite un système de standards universellement acceptés.

Cela nécessite aussi des unités de mesure traçables à des phénomènes physiques immuables — mais bien compris. Par exemple, le Système international d'unités (SI) définit 1 mètre comme la distance que la lumière parcourt dans le vide en 1/299 792 458 de seconde, avec des standards similaires pour le temps, la température, la masse et plus.

Un large assortiment de tels standards de qualité et organisations existe. La American Society of Mechanical Engineers (ASME), par exemple, promeut les standards nationaux américains en métrologie dimensionnelle, aussi connus comme B89. De même, il y a divers standards de l'American National Standards Institute (ANSI), ASTM International, et l'Organisation internationale de normalisation (ISO). Ajoutez-y toute la discussion impérial vs métrique (aka États-Unis vs reste du monde), et vous voyez vite pourquoi la métrologie et la mesure de pièces peuvent être quelque peu confuses, même pour les experts.

Respecter ces standards demande des efforts. Les fabricants de toutes tailles et spécialités travaillent dur chaque année pour obtenir leur certification qualité ISO 9001:2015. Si vous êtes dans l'industrie aéronautique, vous devez aussi vous conformer à AS9100, un document publié par la Society of Automotive Engineers (SAE) et l'Association européenne des industries aérospatiales (AECMA). Les fabricants de dispositifs médicaux doivent respecter les standards de qualité décrits dans ISO 13485, tandis que les constructeurs automobiles ont longtemps suivi ISO/TS 16949 (mais doivent maintenant transitionner vers le standard IATF 16949 de l'International Automotive Task Force). Pas de certification ou adhérence à ces standards, pas de travail.

Le changement radical de la technologie de mesure

Comme pour la plupart des activités de fabrication, la métrologie est un domaine complexe. Et si les ateliers pourraient accueillir un peu d'harmonisation et de simplification, aucun ne discutera de l'importance d'adhérer à des standards de qualité robustes. Sans, les pièces ne s'emboîtent pas, les produits échouent, la croissance de l'entreprise (et occasionnellement, des vies humaines) sont en jeu. C'est pourquoi les fabricants devraient travailler diligemment à comprendre et se conformer à quels que soient les standards qui s'appliquent aux types de pièces qu'ils font et aux industries qu'ils servent. Cela signifie lire la documentation pertinente, suivre des cours ou séminaires quand disponibles, respecter ses propres lignes directrices qualité, et s'appuyer sur des experts au besoin.

L'un d'eux est Dan Skulan. Le directeur général de la métrologie industrielle chez Renishaw Inc., il dit que la technologie de mesure subit un changement radical alors que les fabricants partout essaient d'en faire plus avec moins.

« Les jours où quelqu'un se tenait à la machine, micromètre à la main, s'en vont », dit Skulan. « De plus en plus d'ateliers mettent des MMT (machines à mesurer tridimensionnelles) et des systèmes de jaugeage multipurpose comme notre Equator sur le plancher, ou utilisent des palpeurs tactiles dans les machines-outils CNC comme partie intégrante du processus d'usinage. »

Regardez cette vidéo pour apprendre comment les avancées en automatisation machine et usine, impression 3D, outillage, et métrologie et analytique machine-aident à booster la production :

Ces types de technologies d'inspection automatisées augmentent la flexibilité tout en réduisant les coûts, ajoute-t-il. Parce qu'un seul appareil peut effectuer plusieurs mesures, il y a moins besoin du jaugeage dur dédié longtemps utilisé dans l'industrie. Et comme ces systèmes ne font pas d'erreurs humaines comme oublier de vérifier une caractéristique de pièce ou enregistrer une cote, le processus de contrôle qualité est plus consistant et fiable. De plus, le retour dimensionnel est automatique et immédiat. Les humains peuvent aussi être alertés pour agir quand les valeurs dévient du nominal, ou l'appareil peut même arrêter la machine-outil si nécessaire.

Patrick Sullivan, spécialiste vente distribution stratégique chez Mitutoyo America Corp., voit les choses un peu différemment.

« L'automatisation a été une tendance continue pendant des années, mais ce type de fabrication n'est pas bon pour tout le monde ou toute pièce », dit-il. « Il y a très beaucoup une place pour les machinistes qualifiés qui peuvent opérer une machine-outil et prendre des lectures précises avec des outils de mesure manuels, leur donnant la capacité de prendre les bonnes décisions sur le tas qu'aucun robot ne peut. Non seulement le machiniste d'aujourd'hui peut travailler à améliorer les processus sur le plancher d'atelier, avec l'aide d'émetteurs de collecte de données le département qualité peut aussi recevoir de bonnes données fiables et travailler à être plus proactif sur l'adressage des défis de fabrication. »

Tech métrologie : Les derniers développements numériques

Plus d'appareils d'inspection automatisés ne sont pas le seul changement radical ; les pièces changent aussi.

« L'automobile passe aux véhicules électriques, avec batteries, moteurs et capteurs qu'on n'a jamais eu à mesurer avant », dit le vice-président des ventes de Mitutoyo, Michael Creney.

« En même temps, plusieurs industries clés resserrent leurs exigences. Les fabricants médicaux, par exemple, ont besoin de signatures électroniques, pistes d'audit et identifiants de connexion spécifiques pour respecter les directives FDA », continue Creney. « Et l'industrie aérospatiale pousse fort sur les jumeaux numériques et l'ingénierie basée sur modèle. À cause de cela, un nombre croissant de modèles CAO contiennent maintenant des informations de fabrication de produit (PMI), qu'on peut exploiter dans nos logiciels MeasurLink, MiCAT Planner et autres types de logiciels qualité. »

Voici un autre acronyme : QIF, pour quality information framework. Creney suggère que QIF peut être considéré comme le successeur de DMIS (Dimensional Measuring Interface Standard), le quasi-standard sous lequel les MMT et autres équipements de mesure automatisés ont longtemps opéré. Pourtant, ce langage vieux de décennies commence à évoluer alors que a) les systèmes de mesure deviennent plus automatisés, et b) une plus grande richesse d'information numérique devient disponible.

« DMIS est une spécification que tout le monde interprète différemment, et qui manque de la robustesse nécessaire dans un environnement de fabrication numérique », dit-il. « Mais QIF est un tout autre monde. La capacité d'importer un fichier CAO et d'avoir votre logiciel qualité extraire les données dimensionnelles et de tolérance pertinentes, puis l'utiliser pour créer une routine de mesure automatisée — c'est un énorme développement, et c'est quelque chose qu'on soutient pleinement. QIF va tout changer. »

Sondage rapide : Assurer les mesures de précision

Sans mesures précises dans la fabrication, les pièces ne s'emboîtent pas, les produits échouent et les clients peuvent être mis en danger.

Quelles mesures prenez-vous pour assurer que votre entreprise se conforme aux standards de mesure de précision ?