Méthodologie de conception intégrée - écoconception, aide a la décision et nouvelles technologies de production

Integrated design methodology - ecodesign, decision helping and new manufacturing technologies

• Auteur / Autrice : Nicolas Faber
• Direction : Frédéric Vignat, Damien Evrard, Pierre-thomas Doutre
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : GI - Génie Industriel : conception et production
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences pour la Conception, l'Optimisation et la Production de Grenoble
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Conception et Intégration Produit-Process (CIPP)

Mots clés

Mots clés libres

Éco-conception

Conception intégrée

Impact environnemental

Décision multicritères

Méthodologie

Industrie

Eco-conception

Integrated deisgn

Environmental impact

Multicriteria decision

Methodology

Industry

Résumé

La fabrication additive est un procédé de fabrication de pièces couche par couche qui a acquis ces dix dernières années un statut de technologie « industrielle », du fait de la diversité des matériaux utilisables (métaux, matériaux polymères, composites, céramiques, verres…), de la robustesse des machines mises actuellement sur le marché ainsi que le fort développement des outils de simulation numérique et modèles prévisionnels associés. Des cas d'usage particulièrement adaptés à cette technologie suggèrent le fort potentiel de ces machines en particulier pour réduire l'impact environnemental des produits et/ou des process industriels les utilisant. Toutefois, plusieurs publications récentes montrent que les procédés de fabrication additive, selon les secteurs industriels considérés, ne sont pas neutres sur le plan environnemental. Une étude est en cours au laboratoire G-SCOP qui compare les impacts environnementaux entre procédés traditionnels et alternatives utilisant la fabrication additive sur un nombre important de cas de conception et fabrication de produits proposé par l'entreprise Schneider Electric. Cette étude a l'avantage de couvrir différents domaines d'usage (Minimum Viable Product, Outillage de production, Réparation, Reconception, Customization …). Les résultats de cette étude donneront une état des lieux des impacts environnementaux comparatifs entre les différentes technologies, dans différents usages. On devrait en obtenir un certain nombre de leviers permettant de guider les choix d'usages versus technologies les plus adaptés d'un point de vue environnemental et les paramètres et les conditions pour améliorer, au-delà de l'état de l'art actuel, ces impacts. D'ores et déjà il apparait, sans surprise dans ce domaine, que les décisions prises lors de la conception des produits concernés ont un impact fort et déterminant sur les conséquences environnementales. Il apparait donc nécessaire, au-delà de l'analyse de produits déjà conçus, d'intégrer les indicateurs identifiés dans une méthodologie de conception intégrant, outre les impacts environnementaux, les paramètres guidant les choix industriels tels que le cout, la qualité et les délais. Cette méthodologie devra s'intégrer sur un outil aide à la décision multi critère dynamique permettant, dans le contexte écoconception et fabrication additive du projet, de : formuler, considérer les évolutions du problème à résoudre ; analyser et comprendre les limitations des contraintes et connaissances actuelles ainsi que l'impact de l'introduction de nouvelles technologies et de nouvelles connaissances sur les solutions admissibles ; définir des feuilles de route d'amélioration en analysant la variation des critères de performances et de leur pondération. Il conviendra en particulier d'intégrer les moyens d'évaluer les données environnementales prenant en compte les évolutions technologiques des moyens additifs

Additive manufacturing is a process of manufacturing layer by layer, which has acquired the status of “industrial” technology over the last ten years, due to the diversity of materials that can be used (metals, polymer materials, composites, ceramics, glasses, etc.), the robustness of the machines currently on the market as well as the strong development of digital simulation tools and associated forecast models. Use cases particularly suited to this technology suggest the strong potential of these machines in particular in order to reduce the environmental impact of products and/or industrial processes using them. However, several recent publications show that additive manufacturing processes, depending on the industrial sectors considered, are not environmentally neutral. A study is underway at the G-SCOP laboratory which compares the environmental impacts between traditional processes and alternatives using additive manufacturing on a significant number of cases studies, varying in design and manufacturing parameters, on products manufactured by the company Schneider Electric. This study has the advantage of covering different areas of use (Minimum Viable Product, Production tools, Repair, Redesign, Customization, etc.). The results of this study will provide an overview of the comparative environmental impacts between different technologies, in different uses. We should obtain a certain number of levers making it possible to guide the choices of uses versus the most suitable technologies from an environmental point of view and the parameters and conditions to improve these impacts beyond the current state of the art. It already appears, unsurprisingly in this area, that the decisions taken during the design of the products concerned have a strong and determining impact on the environmental consequences. It therefore appears necessary, beyond the analysis of products already designed, to integrate the identified indicators into a design methodology integrating, in addition to environmental impacts, the parameters guiding industrial choices such as cost, quality and time limit. This methodology must be integrated into a dynamic multi-criteria decision support tool allowing, in the ecodesign and additive manufacturing context of the project, to - formulate and consider developments in the problem to be resolved -to analyse and understand the limitations of current constraints and knowledge as well as the impact of the introduction of new technologies and new knowledge on admissible solutions -define improvement roadmaps by analyzing the variation in performance criteria and their weighting. In particular, it will be necessary to integrate the means of evaluating environmental data taking into account technological developments in additive means.