Le guide complet des processus de fabrication

Comprendre ce qu’est un processus de fabrication constitue la base de toute stratégie de production. La grande variété de techniques et d’approches peut entraîner une certaine confusion, mais chaque processus peut être analysé et classé. Cela facilite l’identification de la solution la mieux adaptée à tout produit ou environnement de production.

Ce guide explore les approches de fabrication et explique leurs avantages et inconvénients afin de vous aider à choisir la bonne. Explorons ensemble les subtilités du paysage manufacturier.

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

Avant d’explorer notre guide complet des processus de fabrication, nous devons d’abord définir ce qu’est un processus de fabrication. De façon simple, un processus de fabrication correspond à la transformation de matières premières en produits finis. Chaque processus de fabrication combine la main-d’œuvre, les machines et les outils numériques pour créer un produit spécifique.

Cependant, cela ne fait qu’effleurer la complexité et les capacités de la fabrication moderne. Nous avons regroupé 24 processus de fabrication en cinq catégories selon leurs fonctions principales.

• Traitement séquentiel
• Type
• Demande du marché
• Objectif stratégique
• Procédure

Ces facteurs fournissent un cadre pour explorer les catégories, les processus et les stratégies qui définissent la fabrication moderne.

Décomposition séquentielle du processus de fabrication

Chaque méthode de fabrication suit un flux de travail fondamental en trois étapes : entrée, transformation et sortie.

Traitement primaire : L’approvisionnement en matières premières par la collecte, l’extraction minière, la culture, etc. Traitement secondaire : La transformation de ces matières premières en composants utilisables, incluant la découpe, l’extrusion, l’assemblage, le formage, le soudage, l’impression, le raffinage, etc. Traitement tertiaire : L’assemblage, la finition et l’emballage du produit final, incluant l’assemblage, l’emballage, l’étiquetage, les tests de qualité, la distribution, etc.

Les 4 principaux types de processus de fabrication

Malgré leurs caractéristiques uniques, tous les produits proviennent d’un ou de plusieurs de ces catégories fondamentales de fabrication.

1. Fabrication discrète

La fabrication discrète 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.

La fabrication discrète peut souvent être caractérisée par la production de produits variés. Ceux-ci peuvent changer en fonction des commandes des clients et/ou de nouveaux contrats. Dans ce cas, la ligne de production est opérée par une combinaison de personnes et d’équipements industriels.

Par exemple, une entreprise pourrait produire des étagères métalliques un mois et les boîtiers métalliques pour des scanners à rayons X le mois suivant. Cela offre aux fabricants les avantages clés suivants :

• Flexible face à la demande du marché
• Permet facilement les changements de produits
• Nécessite moins d’investissement que les lignes d’assemblage automatisées

Cependant, cela peut souvent rendre la production un peu plus lente comparativement aux processus de fabrication répétitifs. De plus, les employés dans cet environnement peuvent devoir apprendre continuellement de nouvelles procédures à mesure que de nouveaux contrats sont obtenus.

Une méthode d’optimisation pour les fabricants discrets consiste à utiliser la production en lots. Les fabricants produisent en lots des unités identiques, puis passent rapidement au prochain ensemble de produits dans un contrat. Cela est particulièrement utile pour les ordres de travail comportant plusieurs opérations.

L’alternative à la production en lots consiste à assembler les produits directement selon l’ordre de travail. Avec toutes les pièces et les matériaux disponibles, les travailleurs suivent les spécifications de l’ordre de travail à mesure que les produits progressent sur le plancher de production.

Cependant, amener les travailleurs à suivre ces ordres de travail changeants peut être difficile sans accompagnement numérique. Les fabricants discrets peuvent guider les employés dans chaque tâche en utilisant des plateformes comme les logiciels d’instructions de travail.

Cette stratégie est particulièrement efficace pour les fabricants discrets qui produisent des produits à forte variabilité comme Brunswick Boat Group. Ils envoient automatiquement toutes les spécifications des ordres de travail vers leurs instructions de travail. Cela permet aux travailleurs de simplement suivre la procédure standardisée et de prendre les pièces mentionnées dans les instructions dynamiques.

2. Fabrication de procédé

La fabrication de procédé transforme les matières premières par des changements chimiques ou physiques. Contrairement à la fabrication discrète, cette méthode utilise le mélange, le chauffage et la fermentation pour produire à la fois des biens liquides et solides.

La fabrication de procédé peut constituer un type de production très efficace en raison de trois facteurs importants.

• Efficacité : Les entreprises peuvent produire de grandes quantités avec une qualité très constante.
• Scalabilité : Tant qu’il y a de l’espace, les entreprises peuvent facilement augmenter ou réduire la production en fonction de la demande du marché.
• Automatisation et réduction de la main-d’œuvre : Les opérations de fabrication de procédé peuvent être automatisées à l’aide de capteurs de contrôle de température et de mélangeurs automatisés.

Bien que la fabrication de procédé présente un grand nombre d’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. Les travailleurs doivent compléter chaque étape avant de passer à la suivante.
• Facteurs conditionnels : Les matières premières doivent être soumises à des conditions spécifiques, comme la chaleur, le temps et la pression.
• Transformation irréversible : Une fois mélangé, le produit final ne peut pas être séparé en ses composants ou matières de base.
• Étant donné que les produits issus de la fabrication de procédé subissent des transformations irréversibles, assurer la qualité et la standardisation constitue une priorité majeure.

3. Fabrication répétitive

Ce type de processus de fabrication est centré sur des volumes élevés et une optimisation poussée. Cela est possible parce que les produits issus de la fabrication répétitive présentent peu ou pas de variation. La plupart des produits sont généralement identiques les uns aux autres, ce qui permet aux entreprises de tirer parti de plusieurs forces clés.

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

Les outils hautement automatisés, les robots et les lignes d’assemblage de masse sont particulièrement adaptés aux entreprises de fabrication répétitive. Comme il y a peu de variables au sein de la ligne de produits, les machines peuvent effectuer la majorité du travail. Elles peuvent le faire à des vitesses impressionnantes tout en minimisant les pertes de temps et de matériaux.

Cependant, ce type de production répétitive et d’optimisation entraîne également deux faiblesses importantes.

• Changements de production lents
• Lignes de produits peu flexibles

Avec une forte dépendance à l’égard des machines automatisées, les entreprises ne peuvent pas rapidement adapter leurs lignes de production pour fabriquer de nouveaux produits. Il faut du temps pour planifier et réaliser tout changement de production. Dans certains marchés, ce manque de flexibilité ne pose pas problème. Toutefois, cette stratégie n’est pas viable pour les entreprises qui souhaitent répondre rapidement à des commandes spécifiques de clients.

4. Fabrication en atelier (Job Shop)

La fabrication en atelier consiste à produire des produits personnalisés qui nécessitent des procédés uniques, à des volumes moyens à faibles. Ce type de processus de fabrication laisse peu de place à l’automatisation et repose fortement sur une main-d’œuvre qualifiée. Pour cette raison, les volumes de production sont nettement plus faibles.

On peut comparer cela à un tailleur qui fabrique des costumes sur mesure. D’autres marques de vêtements peuvent produire de très grands volumes de produits pour le marché. Mais si quelqu’un souhaite un costume unique, il devra consulter un tailleur.

De la même manière, lorsqu’un client a besoin d’une pièce ou d’une machine personnalisée, il doit s’adresser à un fabricant spécialisé. Grâce à son orientation vers la production personnalisée, la fabrication en atelier est extrêmement flexible face aux besoins des clients. Cependant, comme ces produits sont généralement fabriqués sur commande, les délais de production sont également beaucoup plus longs que pour d’autres processus de fabrication.

Watchfire Signs exploite des instructions de travail numériques afin d’assurer la précision des processus dans sa production de panneaux d’affichage personnalisés. En standardisant les processus répétables et en ajustant les spécifications et les mesures pour chaque commande unique, l’entreprise maintient une constance malgré une forte variabilité des produits.

Les 4 processus de fabrication selon la demande du marché

Maintenant que nous avons une bonne compréhension des principaux types de processus de fabrication, examinons comment les méthodes de production modernes peuvent être classées selon la demande du marché.

1. Production sur stock (MTS)

La production sur stock (Make-to-Stock ou MTS) est une stratégie de production basée sur les prévisions, où les entreprises fabriquent des biens afin de répondre à une demande anticipée des consommateurs. Un exemple courant de cette méthode est la fabrication de vêtements saisonniers. Les vêtements sont produits en grande quantité à l’aide de processus de fabrication répétitifs avant qu’une demande explicite des clients ne soit exprimée.

Essentiellement, le MTS est une approche de fabrication de type « push ». Les niveaux de production et d’inventaire sont déterminés à l’avance et les ventes dépendent de la quantité produite. L’un des principaux avantages de ce processus de fabrication est que les commandes sont exécutées immédiatement à partir de l’inventaire existant. Cela réduit considérablement les délais de production (lead times).

Les inconvénients incluent des coûts initiaux élevés associés à la constitution de l’inventaire. De plus, les entreprises peuvent surproduire ou sous-produire si les prévisions de la demande s’avèrent inexactes.

2. Production à la commande (MTO)

Les entreprises qui utilisent l’approche Make-to-Order (MTO) fabriquent leurs produits uniquement après réception de la commande du client. Cela permet aux fabricants de produire la quantité appropriée en fonction de la demande réelle. Cela permet également aux entreprises de concevoir les produits selon les spécifications exactes du client.

Les faibles coûts d’inventaire et l’absence quasi totale d’obsolescence des stocks constituent les principaux avantages de l’approche MTO. Chaque fois que la production commence, le produit est déjà vendu. De la même manière, ce processus de fabrication permet aux fabricants de produire des biens nécessitant des investissements importants sans engager des coûts initiaux élevés dans un contexte d’incertitude des ventes.

Un inconvénient de cette approche est que la fabrication ne peut pas commencer avant la réception de la commande. Cela peut entraîner des délais plus longs. Toutefois, dans des industries comme l’aérospatiale et les équipements automatisés, ces délais ne doivent pas nécessairement être aussi courts que dans l’industrie des biens de consommation.

Les fabricants MTO peuvent également créer de petits stocks tampons afin d’atténuer les délais plus longs inhérents à ce type de production.

3. Assemblage à la commande (ATO)

L’assemblage à la commande (Assemble-to-Order ou ATO) est une méthode de production hybride dans laquelle les sous-ensembles et les composants sont fabriqués et préparés avant la réception d’une commande client. Une fois la commande passée, les travailleurs assemblent ces sous-composants pour créer le produit final personnalisé, généralement pour une livraison rapide.

À la base, l’ATO constitue la combinaison des approches MTO et MTS.

• La flexibilité du MTO (production à la commande) : Les clients peuvent sélectionner les composants spécifiques du produit final.
• La rapidité du MTS (production sur stock) : La majeure partie de la fabrication est complétée avant la commande, puisque les sous-ensembles sont déjà produits.

Bien que ce processus de fabrication semble offrir le meilleur des deux mondes, il nécessite un type de produit particulier. Les fabricants d’ordinateurs comme Dell et HP en sont des exemples typiques.

4. Conception à la commande (ETO)

La conception à la commande (Engineer-to-Order ou ETO) est un processus de fabrication dans lequel les produits sont entièrement conçus et développés à partir de zéro. Dans ce type de fabrication, les volumes sont faibles et la variabilité des produits est élevée. Les équipements industriels complexes, les systèmes de défense et les projets de construction ou d’infrastructure suivent généralement cette approche.

Bien que similaire à l’approche MTO, l’ETO offre le plus haut niveau de flexibilité et de personnalisation. Plutôt que d’acheter un produit final avec quelques personnalisations, les entreprises mandatent la création du produit. Elles sont impliquées dès la phase de conception jusqu’à la finalisation du produit.

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

Les 3 processus de fabrication selon l’objectif stratégique

Les processus de fabrication se concentrent souvent sur les méthodes physiques utilisées pour créer des produits. Toutefois, la fabrication moderne englobe également l’intégration numérique, la stratégie de chaîne d’approvisionnement et l’optimisation basée sur les données. Ces stratégies et ces outils sont utilisés pour améliorer la production et atteindre les objectifs manufacturiers.

Pour cette raison, poursuivons notre exploration des processus de fabrication. Examinons maintenant les principales méthodes et systèmes utilisés dans l’industrie moderne.

1. Lean Manufacturing

Le lean manufacturing est une méthodologie de production qui repose sur deux objectifs principaux.

• Minimiser les pertes pour l’entreprise
• Maximiser la valeur pour le client

En identifiant précisément les sources de gaspillage et les opportunités d’optimisation, les fabricants peuvent améliorer leurs opérations de façon significative. Mais la question se pose : comment les fabricants identifient-ils les zones de gaspillage et génèrent-ils davantage de valeur ?

Bien qu’il existe des méthodes spécifiques comme 5S, Kaizen, Poka-Yoke, Value Stream Mapping et plusieurs autres, chacune nécessite une quantité critique de données pour être efficace. Dans ce contexte, les fabricants modernes doivent se tourner vers une forme numérique et intelligente de gestion des processus de fabrication.

2. Fabrication cloud

La fabrication cloud exploite des technologies comme le cloud computing, l’IoT, l’analyse de données et les fils numériques afin de créer un réseau interconnecté de ressources cyberphysiques. Ces ressources permettent aux fabricants de collecter et d’analyser des données tout en contrôlant les ordres de production et la planification.

Par exemple, une solution MES centrée sur les travailleurs comme VKS Enterprise exploite la fabrication cloud de la façon suivante :

• Accès au savoir à la demande : Les travailleurs accèdent instantanément aux instructions de travail, aux formulaires numériques et aux indicateurs de performance. Cela garantit que chacun suit le bon processus avec des données exactes à chaque poste.
• Ressources interconnectées : Les fabricants synchronisent les travailleurs avec les outils, les PLC et les capteurs IoT. Cela crée un écosystème intelligent où les machines et les bases de données communiquent directement afin d’améliorer l’efficacité.
• Prévention des erreurs en temps réel : Le système suit les actions des opérateurs, les pièces utilisées et les contrôles de qualité en temps réel. Cette surveillance active permet d’éviter les erreurs avant qu’elles ne se produisent.
• Collecte de données simplifiée : Les formulaires numériques et les lecteurs remplacent les registres papier et capturent automatiquement les données pendant la production.
• Planification de la production : Les gestionnaires contrôlent les priorités des ordres de travail grâce à des tableaux de répartition en temps réel.
• Connexion API : Le logiciel d’instructions de travail se connecte directement aux ERP, CMMS, QMS, LMS et autres systèmes afin d’assurer une source de vérité unique.

3. Fabrication basée sur l’IA

L’IA en fabrication correspond à l’utilisation de l’intelligence artificielle pour améliorer les processus de fabrication selon plusieurs aspects. L’analyse de données constitue un élément clé, puisque les fabricants exploitent de plus en plus de données provenant de systèmes variés. Plus le volume de données est élevé, plus les besoins en analyse intelligente augmentent. Ces données peuvent ensuite être utilisées pour obtenir des informations exploitables et optimiser les processus de façon intelligente.

De plus, la fabrication basée sur l’IA permet des niveaux d’automatisation plus élevés, où les machines et les robots fonctionnent de manière autonome avec peu d’intervention humaine. Les algorithmes d’apprentissage automatique identifient également des tendances et permettent aux systèmes automatisés de faire des prédictions basées sur les données ou de prendre des décisions autonomes. Dans le cas des cobots, l’IA facilite également une meilleure 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 leurs stratégies, nous pouvons examiner les 10 principales procédures de fabrication utilisées par les fabricants modernes.

• Moulage (Casting): Une substance liquide (le plus souvent du métal) est versée dans un moule comportant une cavité creuse. Le métal liquide se solidifie ensuite et est retiré du moule, prenant la forme souhaitée.
• Moulage par injection (Molding) : Cette procédure permet de façonner une grande variété de matériaux en géométries complexes. Des techniques comme le moulage par injection permettent aux fabricants de produire des pièces complexes avec une grande précision et rapidité.
• Formage (Forming) : Cette procédure repose sur l’application de pression (pliage, laminage, estampage, extrusion, etc.) afin de donner de façon permanente une forme à des matériaux comme les métaux ou les plastiques. Contrairement à l’usinage, aucun matériau n’est retiré.
• Usinage (Machining) : Il s’agit d’une procédure soustractive où du matériau est retiré d’une pièce jusqu’à l’obtention de la forme désirée. Un exemple classique est la fabrication d’une vis, où des rainures sont usinées dans une tige métallique.
• Métallurgie des poudres (Powder Metallurgy) : Des poudres métalliques sont utilisées pour fabriquer des pièces complexes sans recourir à des procédés soustractifs. Cette méthode est également utilisée pour produire des matériaux qui ne conviennent pas aux procédés de fusion ou de formage traditionnels.
• Traitement (Treatment) : Cette procédure utilise la chaleur, des produits chimiques et/ou des méthodes mécaniques pour modifier les propriétés et les caractéristiques d’un matériau. Elle est généralement réalisée après le formage.
• Assemblage par liaison (Joining) : Par des procédés comme le soudage, le brasage, le collage ou autres, cette procédure consiste à relier des pièces ou des matériaux pour former une structure unifiée.
• Assemblage (Assembly) : Semblable à l’assemblage par liaison, cette procédure consiste à fixer ou assembler des composants de base afin de créer un produit final. Les méthodes incluent la fixation mécanique, l’ajustement, le clipsage, le rivetage, etc.
• Fabrication additive (Additive) : Grâce à un procédé d’impression couche par couche, les fabricants produisent des objets en trois dimensions. Cette technique d’impression 3D peut utiliser une grande variété de matériaux, notamment des plastiques, des métaux, des céramiques et des matériaux composites. Finition (Finishing) : Des procédés comme le durcissement, la peinture, le polissage, le revêtement, le nettoyage et la texturation visent à améliorer l’apparence, la fonctionnalité et la durabilité du produit.

Quel processus de fabrication convient à mon entreprise ?

À la fin de cet article, vous pourriez vous demander quel processus de fabrication convient le mieux à votre entreprise. Comme nous l’avons vu, répondre à cette question dépend fortement de quatre facteurs clés.

• Demande du marché : Le marché va largement dicter la méthode et le rythme de production.
• Nature des matériaux : L’état des matériaux et des composants joue un rôle déterminant.
• Disponibilité des ressources : L’accès aux ressources influence les stratégies de production.
• Capacités de l’usine et de la main-d’œuvre : Les équipements et les compétences disponibles conditionnent les processus.

VKS est un logiciel d’instructions de travail qui améliore les capacités et la rétention des connaissances de chaque employé en fabrication. Des lignes de production automatisées aux ateliers de fabrication sur mesure, les personnes sont au cœur de chaque entreprise manufacturière. Ce sont elles qui gèrent les machines, assemblent les composants, effectuent les contrôles de qualité et s’assurent que chaque produit respecte les attentes des clients.

Pour cette raison, les fabricants renforcent leurs processus en standardisant leurs procédures et en soutenant leurs travailleurs. Alors, comment allez-vous améliorer votre processus de fabrication ?