Le traitement thermique est un procédé très largement utilisé dans l'industrie automobile et en particulier sur les pièces à dentures. Appliqué en général après usinage, il permet d'améliorer les propriétés mécaniques des pièces. Dans le même temps, plusieurs phénomènes physiques conduisent à des déformations, qui peuvent conduire au non-respect des tolérances dimensionnelles et géométriques. Ces déformations sont certes liées au traitement thermique mais également à l'ensemble de la gamme de fabrication en amont de celui-ci.L'objet de ce travail de recherche est d'améliorer d'une part la connaissance des phénomènes physiques mis en jeu au traitement thermique et d'autre part l'identification des déformations géométriques. Dans un premier temps, les déformations propres à chaque étape de fabrication sont identifiées. Puis au sein de la gamme, les sources d'origine dans la signature géométrique finale sont séparées. Une gamme de fabrication numérique illustre cette méthode.D'autre part, les " contraintes résiduelles " sont identifiées comme influentes sur l'évolution de la géométrie. Leur impact sur les déformations au traitement thermique est obtenu grâce à plusieurs campagnes d'essais sur site industriel. De cette façon, chaque caractéristique géométrique est reliée à une ou plusieurs étapes de fabrication en particulier. Ces résultats fournissent une aide au diagnostic des causes de non-conformités au traitement thermique. En parallèle, des modifications sur la gamme de fabrication sont proposées.

Le traitement thermique est un procédé très largement utilisé dans l'industrie automobile et en particulier sur les pièces à dentures. Appliqué en général après usinage, il permet d'améliorer les propriétés mécaniques des pièces. Dans le même temps, plusieurs phénomènes physiques conduisent à des déformations, qui peuvent conduire au non-respect des tolérances dimensionnelles et géométriques. Ces déformations sont certes liées au traitement thermique mais également à l'ensemble de la gamme de fabrication en amont de celui-ci.L'objet de ce travail de recherche est d'améliorer d'une part la connaissance des phénomènes physiques mis en jeu au traitement thermique et d'autre part l'identification des déformations géométriques. Dans un premier temps, les déformations propres à chaque étape de fabrication sont identifiées. Puis au sein de la gamme, les sources d'origine dans la signature géométrique finale sont séparées. Une gamme de fabrication numérique illustre cette méthode.D'autre part, les « contraintes résiduelles » sont identifiées comme influentes sur l'évolution de la géométrie. Leur impact sur les déformations au traitement thermique est obtenu grâce à plusieurs campagnes d'essais sur site industriel. De cette façon, chaque caractéristique géométrique est reliée à une ou plusieurs étapes de fabrication en particulier. Ces résultats fournissent une aide au diagnostic des causes de non-conformités au traitement thermique. En parallèle, des modifications sur la gamme de fabrication sont proposées. / Heat treatment is widely used in automotive industry, especially in the case of gears. This process is habitually used after machining and increases mechanical properties of work pieces. In the meantime, several phenomena lead to distortions and sometimes to geometrical non-conformities. Distortions are due to heat treatment but also to previous manufacturing processes.The objective of this study is to improve both the understanding of physical phenomena occurring during heat treatment and the identification of distortion. First, distortions of each single manufacturing step are identified. Then, causes of final geometry amongst the overall process are ranked. A numerical manufacturing process is used as an example to illustrate this method.Secondly, residual stress influence on heat treatment distortion is revealed thanks to several industrial experiments. Thus, each single geometrical criterion is linked to a manufacturing step. These results provide a diagnosis tool helping to determine distortion causes. Moreover, evolutions on industrial process are proposed.

L'environnement manufacturier moderne est face à un bouleversement de paradigmes nécessitant plus de changeabilité au niveau physique et logique. Un système manufacturier Changeable est défini comme un système de production ayant les capacités de faciliter les changements adéquats, permettant d'ajuster ses structures et ses processus en réponse aux différents besoins. Dans ce contexte, les systèmes manufacturiers doivent se doter d’un très haut niveau de reconfigurabilité, qui est considérée comme l’un des facteurs majeurs du concept de changeabilité. En effet, dans la vision de l'Usine du Futur, la reconfigurabilité est essentielle pour s'adapter efficacement à la complexité croissante des environnements manufacturiers. Elle assure une adaptation rapide, efficace et facile de ces systèmes tout en étant réactif, robuste et économiquement compétitif. L’objectif est de répondre aux nouvelles contraintes internes et externes telles que la globalisation, la variété des produits, la personnalisation de masse ou le raccourcissement des délais. À travers cette thèse, nous étudions la problématique de conception des systèmes manufacturiers reconfigurables (Reconfigurable Manufacturing System – RMS). L’objectif consiste à concevoir des systèmes réactifs en se basant sur leurs capacités en matière de reconfigurabilité. Nous avons étudié ce problème sur trois niveaux : (i) le niveau des composantes, relatif aux modules des machines reconfigurables, (ii) le niveau des machines et leurs interactions, ainsi que l’impact de ces interactions sur le système et (iii) le niveau de l'atelier, composé de l'ensemble des machines reconfigurables. Nous avons développé pour chaque niveau, des indicateurs de performance afin d’assurer les meilleures performances du système conçu, tels que l’indicateur de modularité, l’indicateur de flexibilité, l’indicateur de robustesse et l’effort d'évolution d'un système reconfigurable. Pour l'ensemble des problèmes étudiés, nous avons développé des modèles d’optimisation multicritère, résolus à travers des heuristiques ou des métaheuristiques multicritères (comme le recuit simulé multicritère (AMOSA) et les algorithmes génétiques multicritère (NSGA-II)). De nombreuses expériences numériques et analyses ont été réalisées afin de démontrer l’applicabilité de nos approches / The modern manufacturing environment is facing a paradigm shift that require more changeability at physical and logical levels. A Changeable Manufacturing System is defined as a production system that has the ability to facilitate the right changes, allowing the adjustment of its structures and processes in response to the different needs. In this context, manufacturing systems must have a very high level of reconfigurability, which is considered to be one of the major enablers of changeability. From the perspective of the “Factory of the future”, the reconfigurability is essential to effectively adapt to the ever-increasing complexity of manufacturing environments. It allows a rapid, efficient and easy adaptation of these systems while being responsive, robust and economically competitive. The objective is to respond to new internal and external constraints in terms of globalization, variety of products, mass customization, and shorter lead times. Through this thesis, we study the problem of design of reconfigurable manufacturing systems (RMS) that meets these requirements. The goal is to design responsive systems based on their key features of reconfigurability. We have studied the RMS design problem on three levels: (i) the level of the components, relating to the modules of the reconfigurable machines, (ii) the machine level and their interactions, as well as the impact of these interactions on the system and (iii) the workshop level composed of all the reconfigurable machines. We have developed for each level, performance indicators to ensure a better responsiveness and a high performance of the designed system, like the modularity index, the flexibility index, the robustness index and the layout evolution effort of a reconfigurable system. For each of the studied problems, we developed multicriteria optimization models, solved through heuristics or multicriteria metaheuristics (such as archived multi-objective simulated annealing (AMOSA) and multi-objective genetic algorithms (NSGA-II)). Numerous numerical experiments and analyzes have been performed to demonstrate the applicability of our approaches

Actuellement, les matériaux collectés à partir de produits en fin de vie sont recyclés en matière première pour être réutilisés dans un nouveau cycle de production. Cependant, la consommation énergétique des filières de recyclage reste importante. Le processus du recyclage fait aussi perdre la valeur ajoutée et l’énergie utilisée durant la fabrication de pièces originales. Aujourd’hui, les techniques de fabrication additive sont suffisamment performantes et permettent une fabrication de produits avec un matériau compatible avec l’usage. La prise en compte des performances de ces nouvelles techniques dans une stratégie soutenable peut ouvrir des pistes pour modifier les pièces et les réutiliser directement sans retourner au niveau de matière première. Cette thèse a pour objectif de développer une stratégie soutenable, qui permet de donner une nouvelle vie à une pièce en fin de vie (ou une pièce existante) en la transformant directement en une nouvelle pièce destinée à un autre produit. Afin de développer une telle stratégie, les travaux menés de la thèse visent à résoudre les verrous scientifiques suivants :Le premier verrou scientifique est lié à la faisabilité technologique : est-il possible de déposer de la matière sur une pièce existante en utilisant les techniques de fabrication additive pour obtenir la nouvelle pièce avec une bonne santé de matière ? Cette question a été résolue en réalisant une étude expérimentale sur l’observation de microstructures et de propriétés mécaniques des éprouvettes, qui sont fabriquées par ajout de nouvelles entités sur une pièce existante en EBM. Le deuxième verrou scientifique est lié à l’étude de la chaîne complète de fabrication d’un point de vue technologique. Comment concevoir des gammes de fabrication en combinant intelligemment des opérations additives et soustractives pour obtenir la pièce attendue à partir de la pièce existante ? Une méthode de conception des gammes de fabrication combinant les procédés additifs et soustractifs a été proposée en s’appuyant sur le concept d’entités de fabrication additive et soustractive. Le troisième verrou scientifique est lié à la soutenabilité et la stratégie présente-t-elle des avantages par rapport à la stratégie conventionnelle en termes de soutenabilité ? Une approche s’appuyant sur la méthode d’Analyse du Cycle de Vie (ACV) a aussi été développée pour évaluer des impacts environnementaux. Des critères permettant de qualifier le domaine de la stratégie proposée vis-à-vis de la stratégie conventionnelle ont été identifiés / Currently, materials collected from end-of-life (EoL) products are recycled into raw material for reusing in a new production cycle. However, energy consumptions of recycling sectors remain important. The added values and energy used in the manufacture of original parts are also lost during the material recycling process. Nowadays, additive manufacturing techniques are sufficiently efficient and allow the manufacture of products with a material compatible with the use. Taking into account the performances of these techniques in a sustainable strategy can open the ways to modify parts and reuse them directly without returning to the raw material level. This thesis aims to develop a sustainable strategy, which allows giving a new life to an EoL part (or an existing part) by transforming it directly into a new part intended for another product. In order to develop such a strategy, the works of the thesis aims to solve the following scientific issues : the first scientific issue is related to the technological feasibility : is it possible to deposit material on an existing part using additive manufacturing technologies to obtain the new part with good material health ? This question is solved by carrying out an experimental study on the observation of microstructures and mechanical properties of the samples, which are manufactured by adding new features into an existing part in EBM. The second scientific issue is related to the study of the complete manufacturing chain from a technological point of view. How to design the process planning for additive and subtractive manufacturing combination to manufacture the expected part from the existing part ? To solve this question, a methodology to design the process planning for combining these manufacturing processes has been proposed based on the concept of additive manufacturing and machining features.The third scientific issue is linked to the sustainability and does the new strategy have advantages in comparison to the conventional strategy in terms of sustainability ? An approach based on the Life Cycle Assessment (LCA) method has also been developed to assess environmental impacts. The criteria for qualifying the domain of the proposed strategy vis-a-vis the conventional strategy were also identified

Les moyens de production ont subi de fortes évolutions techniques durant les dernières décennies. La tendance actuelle est de minimiser le nombre de remise en position de la pièce au cours de sa réalisation de façon à gagner en temps de cycle et en précision. Le métier du décolletage, lui, est fortement soumis à cette problématique pour répondre à des cadences de production et des exigences clients de plus en plus élevées. On constate malheureusement, que les outils méthodiques et logiciels n'ont pas suivi cette même évolution et que l'industrialisation de pièces de complexité croissante pose problème. Il existe pourtant des méthodes d'industrialisation que l'on pourrait qualifier "d'académiques". On remarque cependant que ces dernières ont été conçues pour l'usinage conventionnel à partir de lopins de matière mais ne prévoient pas l'usinage à partir de barres, qui est la caractéristique du décolletage. La méthode des flux présentée dans ces travaux répond à cette problématique en fournissant une démarche systématique aux préparateurs méthodes, leurs permettant de définir le séquençage des opérations de fabrication en un nombre minimal d'étapes et donc d'arrêts machines. Pour cela, nous proposons une description formelle du processus de fabrication, l'organisant en postes, prisesde- pièces et opérations de fabrication. Nous proposons ensuite d'organiser les opérations de fabrication en étapes, destinées, soit au réglage initial ou régulier des machines, soit à la surveillance en production. Le fait de créer une gamme de réglage distincte de la gamme de surveillance nous paraît essentielle et est en accord avec le fait que le réglage et la surveillance des machines sont souvent effectués par deux personnes différentes, en l'occurrence, un régleur et un opérateur. Pour chacune des gammes, nous déterminons un jeu de cotes de fabrication par une approche novatrice appelée les chaînes de cotes à incertitudes de mesure minimales. Nous proposons d'adjoindre à ce jeu de cotes de fabrication, un nouveau jeu de cotes que nous appelons les cotes pilotes. Ces dernières correspondent aux paramètres sur lesquels peut agir le régleur pour corriger les écarts mesurés sur les cotes de fabrication. Une fiche de calcul est générée pour les régleurs donnant les corrections à effectuer sur les cotes pilotes en fonction des écarts mesurés sur les cotes de fabrication pour chaque étape de réglage ou de surveillance. Des expérimentations sur des cas industriels ont permis de valider notre approche qui a ensuite été implémentée dans le logiciel d'industrialisation Copilot Proä . Ce travail de recherche s'est inscrit dans le cadre d'une collaboration entre le laboratoire SYMME de l'Université de Savoie et le Centre Technique de l'Industrie du Décolletage et fait partie de programme "Tolérancement et Qualité des produits" du Pôle de Compétitivité Arve-Industries Haute-Savoie Mont-Blanc.