Le guide complet des processus de fabrication

Lorsque l'on se plonge dans les complexités de la fabrication moderne, il est essentiel de bien comprendre ce qu'implique réellement un processus de fabrication. Bien que la diversité des techniques et des stratégies disponibles puisse être écrasante, chaque processus de fabrication peut être examiné et catégorisé, ce qui nous permet d'identifier le meilleur processus pour un environnement de production et un produit donnés.

Ce guide complet décomposera ces catégories globales, fournissant un cadre structuré pour naviguer dans le paysage de la fabrication. De la transformation fondamentale des matières premières à l'intégration de pointe de l'IA et des technologies cloud, nous explorerons comment ces catégories se recoupent et examinerons les forces et les faiblesses des différentes approches.

Embarquons-nous dans ce voyage pour démêler les subtilités du paysage de la fabrication et trouver le processus et la stratégie de fabrication adaptés à votre entreprise.

Qu'est-ce qu'un processus de fabrication ?

Avant d'explorer notre guide complet des processus de fabrication, nous devons déterminer ce qu'est un processus de fabrication. Pour faire simple, un processus de fabrication est la transformation de matières premières en produits finis. Chaque processus de fabrication implique une série d'étapes et de conditions faisant appel à la main-d'œuvre, aux machines et aux outils numériques pour produire un produit souhaité.

Cependant, cela ne fait qu'effleurer la complexité et les capacités de la fabrication moderne.

Pour répondre plus en détail à cette question, nous avons classé 24 processus et procédures de fabrication en 5 catégories générales en fonction de leur objectif principal.

1. Traitement séquentiel
2. Type
3. Demande du marché
4. Objectif stratégique
5. Procédure

Si vous avez un produit en tête que vous aimeriez fabriquer, vous avez probablement déjà réfléchi aux 5 facteurs ci-dessus. Gardons ces cinq facteurs à l'esprit lorsque nous explorons ces catégories et les multiples procédés de fabrication, procédures et stratégies qui s'y rapportent.

La décomposition séquentielle du processus de fabrication

Lorsqu'on explore les capacités d'un processus de fabrication, il est important de comprendre que tous les processus de fabrication suivent un flux simple en trois étapes.

• Traitement primaire : l'approvisionnement en matières premières.
• Traitement secondaire : la transformation de ces matières premières en composants utilisables.
• Traitement tertiaire : l'assemblage, la finition et le conditionnement du produit final.

Les matières premières sont d'abord collectées, extraites ou cultivées. Ensuite, ces matières sont transformées, découpées, extrudées, assemblées, façonnées, soudées, imprimées, affinées, etc. jusqu'à ce qu'elles deviennent un produit ou un composant utilisable. Le produit est ensuite finalisé par l'assemblage, l'emballage, l'étiquetage, les tests de qualité et/ou la distribution au client/marché visé.

Les 4 principaux types de processus de fabrication

Tous les processus de fabrication peuvent être classés dans au moins un des types ci-dessous. Bien que la plupart des fabricants et des produits aient des caractéristiques uniques, nous pouvons obtenir une bonne base en comprenant d'abord dans lequel des 4 types suivants notre activité s'inscrit.

1. Fabrication discrète

La fabrication discrète est un processus de fabrication qui se concentre sur la création d'articles individuels, allant des voitures et des équipements sportifs aux lampes et aux pelles. Tout ce qui peut être assemblé, soudé, joint, etc. entre dans cette catégorie.

Bien que ce ne soit pas toujours le cas, ce processus de fabrication peut être caractérisé par la production de divers produits qui peuvent changer en fonction des commandes des clients et/ou de nouveaux contrats. Dans ce cas, la ligne de production est gérée par une combinaison de personnes et d'équipements industriels.

Par exemple, une entreprise de pliage de métaux pourrait produire des étagères industrielles un mois et des boîtiers métalliques pour des scanners à rayons X le mois suivant. Cela permet aux fabricants de disposer d'une stratégie flexible face à la demande du marché, de changer facilement de produit et de nécessiter moins d'investissements que les chaînes de montage automatisées.

Cependant, cela peut souvent ralentir la production par rapport aux processus de fabrication répétitifs qui sont conçus pour des volumes élevés d'un produit spécifique. De plus, les employés travaillant dans cet environnement peuvent avoir besoin d'apprendre constamment de nouvelles procédures à mesure que de nouveaux contrats sont obtenus.

Une méthode d'optimisation pour les fabricants discrets consiste à utiliser la production par lots. Dans ce cas, les fabricants discrets produiront un ensemble complet d'unités identiques, effectueront rapidement le changement de produit, puis passeront à l'ensemble suivant d'unités identiques dans le cadre du contrat. Cela est particulièrement utile pour les ordres de fabrication comportant plusieurs opérations.

L'alternative au traitement par lots consiste à assembler simplement les produits en fonction de l'ordre de fabrication. Si les utilisateurs disposent de toutes les pièces et de tous les matériaux nécessaires à l'assemblage de chaque produit, les ouvriers peuvent simplement suivre les instructions de l'ordre de fabrication au fur et à mesure que le produit se déplace dans l'atelier.

Cependant, il peut être difficile d'obtenir des ouvriers qu'ils suivent ces ordres de fabrication changeants sans assistance numérique. Les fabricants de produits discrets peuvent améliorer les connaissances et la formation de leurs employés en utilisant un logiciel d'instructions de travail qui guide les travailleurs grâce à des instructions numériques interactives.

Cette stratégie est particulièrement efficace pour les fabricants de produits discrets qui produisent des produits avec de grandes variations comme Brunswick Boat Group. Dans leur cas, toutes les spécifications des ordres de fabrication sont automatiquement envoyées à leurs instructions de travail, ce qui permet aux ouvriers de suivre simplement la procédure standardisée et de saisir les pièces mentionnées dans les instructions dynamiques.

2. Fabrication en process

La fabrication par processus est une méthode de production dans laquelle les matières premières subissent des modifications chimiques et/ou physiques pour créer un produit final. Contrairement à la fabrication discrète où les objets solides sont assemblés et joints, la fabrication par processus implique le mélange, le chauffage, la fermentation, la purification, le formage, etc. pour créer des produits solides et liquides. La fabrication par processus peut être un type de production très efficace en raison de deux facteurs importants.

• Efficace : les entreprises peuvent produire de grandes quantités avec une qualité très constante.
• Évolutivité : tant qu'il y a de la place, les entreprises peuvent facilement augmenter ou réduire leur production en fonction de la demande du marché.
• Automatisation et réduction de la main-d'œuvre : les opérations de fabrication par processus peuvent être automatisées à l'aide de capteurs de contrôle de la température et de mélangeurs automatisés.

Bien que la fabrication par processus présente de nombreux avantages, elle introduit également un certain niveau de complexité.

• Rigidité du processus : toutes les étapes de fabrication doivent suivre une formule ou une recette spécifique. Chaque étape doit être terminée avant que la suivante puisse commencer.
• Facteurs conditionnels : pour que la transformation fonctionne, les matières premières doivent être soumises à des conditions spécifiques telles que la chaleur, le temps et la pression.
• Transformation irréversible : une fois mélangé, le produit final ne peut être décomposé en ses composants ou matériaux de base. Par exemple, une fois les ingrédients du gâteau mélangés, il est impossible d'extraire ou de séparer la farine et le sucre.

Étant donné que les produits issus de la fabrication en série subissent des changements irréversibles, la qualité et la standardisation sont des préoccupations majeures.

3. Fabrication répétitive

Ce type de processus de fabrication est axé sur les volumes élevés et l'optimisation maximale en fabriquant des produits qui présentent peu ou pas de variations. Bien que certains produits de fabrication répétitive puissent présenter quelques variations, la plupart des produits sont généralement identiques les uns aux autres (pensez aux usines automobiles). Ce type de fabrication permet aux entreprises d'adopter quelques atouts clés.

1. Production en grande quantité
2. Standardisation complète
3. Lignes de production hautement optimisées et automatisées

Les outils, robots et chaînes de montage de masse hautement automatisés sont parfaits pour les entreprises qui souhaitent mettre en place une stratégie et une installation de fabrication répétitives. Comme il y a très peu de variables dans la gamme de produits, les machines peuvent effectuer la majorité du travail à des vitesses incroyables tout en gaspillant très peu de temps ou de matériel. Cependant, ce type de production et d'optimisation répétitives entraîne également deux faiblesses majeures.

• Changement lent
• Gammes de produits rigides

En s'appuyant sur des machines automatisées, les entreprises ne peuvent pas adapter rapidement leurs lignes de production à de nouveaux produits. La planification et la mise en œuvre de toute procédure de changement de production prennent beaucoup de temps. Sur certains marchés, ce manque de flexibilité n'est pas un problème. Cependant, cela signifie simplement que ce n'est pas une stratégie viable pour les entreprises qui veulent être réactives aux commandes spécifiques des clients.

4. Fabrication à la commande

La fabrication à la commande consiste à produire des produits personnalisés qui nécessitent un traitement unique à des volumes moyens à faibles. En raison de l'accent mis sur les produits personnalisés, ce type de processus de fabrication laisse peu de place aux actions automatisées et repose fortement sur une main-d'œuvre qualifiée. Mais pour cette raison, les volumes de production sont nettement inférieurs.

Pensez-y comme un tailleur qui confectionne des costumes sur mesure. Les grandes marques peuvent produire des volumes incroyables de produits pour le marché, mais si quelqu'un veut un costume unique en son genre, il devra s'adresser à un tailleur. De la même manière, lorsqu'une personne a besoin d'une pièce sur mesure à usiner ou d'une machine construite pour son propre processus automatisé, elle doit s'adresser à un fabricant sur mesure.

En raison de leur spécialisation dans la production sur mesure, les fabricants à façon sont incroyablement flexibles face aux besoins de leurs clients. Cependant, comme ces produits sont généralement fabriqués sur commande, les délais sont également beaucoup plus longs que pour les autres processus de fabrication.

Watchfire Signs, un fabricant de panneaux d'affichage numériques sur mesure, utilise un logiciel d'instructions de travail pour s'assurer que ses employés effectuent toujours les bonnes actions dans le cadre de commandes de production personnalisées en constante évolution. Watfire Signs est en mesure de normaliser numériquement les principaux processus reproductibles, puis d'ajuster simplement les mesures et les spécifications pour chaque ordre de fabrication.

Les 4 processus de fabrication par demande du marché

Maintenant que nous avons une bonne compréhension des principaux types de processus de fabrication, voyons comment décomposer les méthodes de production modernes en fonction de la demande du marché.

1. Fabrication sur stock (MTS)

La fabrication sur stock (MTS) est une approche traditionnelle de la production et des stocks dans laquelle les entreprises produisent des biens et approvisionnent leurs rayons pour répondre à la demande anticipée des consommateurs. La fabrication de vêtements saisonniers en est un excellent exemple : les vêtements sont produits en masse selon des processus de fabrication répétitifs avant que la demande des clients ne soit clairement exprimée.

Essentiellement, la fabrication sur stock est une approche de fabrication en flux tendu où les niveaux de production et de stocks sont prédéterminés et les ventes sont basées sur la quantité produite. L'un des principaux avantages de ce processus de fabrication est que les commandes sont immédiatement traitées à partir de stocks préétablis, ce qui accélère considérablement les délais d'exécution.

Les inconvénients comprennent les coûts initiaux élevés associés au développement des stocks et la possibilité de surproduction ou de sous-production si les prévisions de la demande s'avèrent incorrectes.

2. Fabrication à la commande (MTO)

Les entreprises qui utilisent l'approche de fabrication à la commande (MTO) ne fabriquent leur produit qu'une fois la commande du client reçue. Cela permet aux fabricants de produire la quantité appropriée en fonction de la demande réelle du moment tout en permettant de concevoir des produits selon les spécifications exactes du client.

Les principaux avantages de l'approche MTO sont des coûts de stockage réduits et une obsolescence des stocks pratiquement nulle. Chaque fois que la production commence, le produit a déjà été vendu. De même, ce processus de fabrication permet aux fabricants de construire des produits qui nécessitent des capitaux importants sans avoir à consentir d'énormes investissements initiaux dans un contexte d'incertitude des ventes.

Le principal inconvénient de cette approche est que la fabrication ne peut commencer qu'à la réception de la commande, ce qui allonge les délais d'approvisionnement. Toutefois, dans des secteurs tels que l'aérospatiale et les machines automatisées, les délais d'approvisionnement n'ont pas besoin d'être aussi courts que dans l'industrie des biens de consommation.

Les fabricants MTO peuvent également créer de petits stocks tampons pour aider à atténuer les délais d'approvisionnement intrinsèquement plus longs de ce processus de fabrication.

3. Assemblage à la commande (ATO)

L'assemblage à la commande (ATO) est une méthode de production dans laquelle les sous-ensembles et les composants d'un produit fini sont fabriqués mais pas encore assemblés avant que le client ne passe la commande. Une fois la commande passée, les ouvriers assemblent les sous-composants pour obtenir le produit final personnalisé, puis livrent rapidement le produit au client.

L'ATO est essentiellement la fusion des méthodes MTO et MTS.

• La flexibilité de la méthode MTO (fabrication à la commande) : les clients peuvent sélectionner les composants spécifiques du produit fini.
• Les délais plus courts de la méthode MTS (fabrication sur stock) : la majeure partie de la fabrication est réalisée avant que le client ne passe commande, car les sous-ensembles sont préfabriqués.

Bien que ce processus de fabrication semble être la meilleure solution, il nécessite un type de produit spécifique qui permet de disposer facilement des sous-composants. Les fabricants d'ordinateurs tels que Dell et HP sont de parfaits exemples de processus ATO où les cartes mères, les puces informatiques et les processeurs peuvent être rapidement assemblés lorsque les commandes arrivent.

4. Fabrication à la commande (ETO)

L'ingénierie à la commande (ETO) est un processus de fabrication dans lequel les produits sont entièrement conçus et fabriqués à partir de zéro en fonction des besoins du client. Dans ce processus de fabrication, le volume est faible et la variation des produits est élevée. Les équipements industriels complexes, les systèmes de défense et les projets de construction/d'infrastructure suivent généralement cette approche de fabrication.

Bien que similaire à la méthode MTO, l'ETO offre une flexibilité et une personnalisation maximales. Plutôt que d'acheter simplement un produit final avec quelques personnalisations, les entreprises commandent la création du produit et sont impliquées de la phase de conception jusqu'à la finalisation du produit.

Dans ce cas, un processus de fabrication en atelier ou une entreprise disposant d'un département R&D est le mieux adapté à ce type de travail.

Les 3 processus de fabrication par objectif stratégique

Bien que les processus de fabrication soient souvent axés sur les méthodes physiques utilisées pour créer des biens, la fabrication moderne ne se limite pas à cela. Elle englobe également les stratégies et les outils que nous utilisons pour améliorer la production et atteindre les objectifs de fabrication.

C'est pourquoi nous allons élargir notre exploration des processus de fabrication pour inclure les méthodes et les systèmes clés utilisés dans l'industrie moderne.

1. Lean Manufacturing

Le lean manufacturing est une méthodologie de production qui se concentre sur deux objectifs clés.

1. Minimiser les déchets pour l'entreprise.
2. Maximiser la valeur pour le client.

En identifiant soigneusement les étapes du processus de fabrication qui génèrent des déchets et celles qui peuvent être optimisées, les fabricants peuvent transformer positivement leurs opérations pour les améliorer. Mais la question est de savoir comment les fabricants identifient les domaines où il y a des gaspillages et comment ils peuvent produire plus de valeur.

Bien qu'il existe des méthodes de production allégée spécifiques telles que les 5S, le Kaizen, le Poka-Yoke, Value Stream Mapping, et bien d'autres encore, chacune d'entre elles nécessite une quantité critique de données pour être efficace.

Dans ce cas, les fabricants modernes doivent se tourner vers une forme numérique et intelligente de processus de fabrication.

2. Fabrication en nuage

La fabrication en nuage exploite des technologies telles que le cloud computing, l'IdO, l'analyse de données et les fils numériques pour créer un réseau interconnecté de ressources cyberphysiques. Ces ressources aident les fabricants à collecter et à analyser des données tout en contrôlant les ordres de fabrication et la planification.

Par exemple, un MES centré sur les travailleurs comme VKS Enterprise exploite la fabrication en nuage de la manière suivante.

• Accès à la connaissance à la demande : des instructions de travail et des formulaires numériques aux rapports avancés et aux indicateurs de performance clés spécifiques à l'entreprise, les travailleurs ont accès aux bons processus et à des données de production précises à tout moment.
• Ressources interconnectées : en permettant aux travailleurs et aux processus de communiquer directement avec les outils dynamométriques, les automates programmables, les appareils, les machines, les capteurs IoT et les bases de données, les fabricants peuvent exploiter un écosystème de fabrication plus intelligent et plus efficace.
• Contrôle des erreurs en temps réel : pendant que les travailleurs suivent leurs instructions de travail, le système surveille les actions de l'opérateur, les pièces utilisées et les validations de qualité effectuées, ce qui réduit considérablement les risques d'erreurs.
• Collecte de données simplifiée : les travailleurs peuvent utiliser le système pour collecter des données à tout moment du processus à l'aide de formulaires numériques, de scanners et d'outils connectés. Au lieu d'écrire les informations sur papier, toutes les données sont saisies de manière transparente dans un seul système.
• Planification de la production : Les responsables peuvent surveiller et gérer les ordres de travail et leur ordre de priorité via des écrans de répartition afin de garantir une optimisation de la main-d'œuvre et des ressources pour une efficacité maximale.
• Connexion API : Des systèmes distincts tels que les ERP, les GMAO, les SMQ, les SGA, etc. peuvent être intégrés à votre logiciel d'instructions de travail, garantissant ainsi que tous les systèmes communiquent et partagent les mêmes informations.

3. Fabrication intelligente (IA Manufacturing)

L'IA est un sujet brûlant depuis quelques années, voire depuis une décennie et au-delà. Plus précisément, l'IA appliquée à la fabrication consiste à utiliser l'intelligence artificielle pour améliorer les processus de fabrication en tenant compte de plusieurs facteurs.

L'analyse des données est un élément clé, car les fabricants extraient de plus en plus de données de leurs systèmes disparates. Et plus vous disposez de données, plus l'analyse doit être intelligente. Ces données peuvent ensuite être utilisées pour obtenir des informations exploitables et optimiser intelligemment les processus.

En outre, la fabrication basée sur l'IA permet d'atteindre des niveaux d'automatisation plus élevés, où les machines et les robots travaillent de manière autonome avec peu d'intervention humaine. Les algorithmes d'apprentissage automatique identifient également des modèles et permettent aux systèmes automatisés de faire des prédictions basées sur des données et/ou de prendre des décisions autonomes. Ou, dans le cas des cobots, l'IA facilite une plus grande collaboration entre les travailleurs et leurs homologues cyberphysiques.

Les 10 principales procédures de fabrication

Maintenant que nous avons correctement classé les processus de fabrication et les stratégies utilisées pour les améliorer, nous pouvons examiner les 10 principales procédures de fabrication utilisées par les fabricants modernes.

• Coulée : une substance liquide (le plus souvent du métal) est versée dans un moule à cavité creuse. Le métal liquide se solidifie ensuite et est retiré du moule, prenant la forme souhaitée.
• Moulage : Alors que la coulée se concentre sur la mise en forme des métaux liquides, le moulage suit une procédure similaire mais peut être appliqué à une gamme beaucoup plus large de produits et de matériaux, permettant aux fabricants de créer des formes plus complexes grâce à des procédés tels que le moulage par injection.
• Formage : Cette procédure de fabrication repose sur la pression (pliage, roulage, estampage, extrusion, etc.) pour façonner de manière permanente des matériaux tels que les métaux ou le plastique en des formes spécifiques. Contrairement à l'usinage, cette procédure ne prévoit aucun enlèvement de matière.
• Usinage : Il s'agit d'un procédé soustractif qui consiste à enlever de la matière d'une pièce jusqu'à ce qu'elle prenne la forme souhaitée. Un exemple classique d'usinage est la création d'une vis dont l'arbre est rainuré.
• Métallurgie des poudres : Les poudres métalliques sont utilisées pour fabriquer des pièces métalliques complexes sans avoir recours à un traitement soustractif. Cette procédure est également utilisée pour fabriquer des matériaux uniques impossibles à combiner par fusion ou par d'autres types de formage.
• Traitement : Cette procédure utilise la chaleur, des produits chimiques et des méthodes mécaniques pour modifier les propriétés et les caractéristiques d'un matériau ou d'une pièce après sa mise en forme.
• Assemblage : Par des actions telles que le soudage, le brasage, le collage, etc., l'assemblage consiste à relier des pièces ou des matériaux en une structure unifiée.
• Montage : Semblable à l'assemblage, le montage est le processus qui consiste à relier ou à fixer des composants de base entre eux pour créer un produit final. Les méthodes utilisées pour le montage comprennent la fixation mécanique, l'ajustement, le clipsage, le rivetage, etc.
• Additif : Grâce à l'utilisation d'imprimantes 3D et à un processus d'impression couche par couche, les fabricants impriment des produits tridimensionnels conçus numériquement. Cette procédure d'impression 3D peut utiliser une large gamme de matériaux allant des plastiques et des métaux aux céramiques et aux matériaux composites.
• Finition : du durcissement, de la peinture et du polissage au revêtement, au nettoyage et à la texturation, les procédures de finition visent à améliorer l'apparence, la fonctionnalité et la durabilité d'un produit.

Quel processus de fabrication convient à mon entreprise ?

À la fin de cet article, vous vous demanderez peut-être quel processus de fabrication convient le mieux à votre entreprise. Comme nous l'avons vu plus haut, la réponse à cette question dépend fortement de ces quatre facteurs clés.

• La demande du marché : Comme nous l'avons vu, le marché va largement dicter la méthode et le calendrier de votre production. De la personnalisation et de la main-d'œuvre qualifiée à la production de masse et à l'automatisation, la demande du marché est la considération numéro un.
• L'état des matériaux : Il est évident que l'état de vos matériaux, composants et produits chimiques jouera également un rôle clé dans les processus que vous utilisez. En d'autres termes, vous n'utiliseriez pas la fabrication en process pour fabriquer des puces informatiques physiques.
• Disponibilité des ressources : L'utilisation de ressources abondantes ou rares déterminera le processus que vous utiliserez. Si les matériaux sont faciles à trouver, votre production peut fonctionner en continu et même utiliser un traitement soustractif. Mais si vos ressources sont saisonnières ou simplement rares, votre stratégie et vos méthodes de production devront suivre le mouvement pour obtenir une production à faible taux de déchets.

Les capacités de votre usine et de votre main-d'œuvre : Bien que chacun de ces éléments soit important, c'est un facteur que vous ne devez pas perdre de vue. Si votre environnement de fabrication est sous-équipé ou si votre main-d'œuvre est insuffisamment préparée, le processus de fabrication ne peut pas avancer.

VKS est un logiciel d'instructions de travail qui améliore les capacités et la rétention des connaissances de chaque employé de fabrication. Des lignes de production automatisées aux productions en atelier, les personnes sont au cœur de toute entreprise manufacturière. Ce sont elles qui gèrent les machines, assemblent les composants, effectuent les tests de qualité et veillent à ce que chaque produit conserve la valeur que vos clients méritent. C'est pourquoi les fabricants renforcent leurs processus en normalisant leurs procédures et en renforçant leurs travailleurs. La question est donc de savoir comment vous allez améliorer votre processus de fabrication.