Key characteristics identification by tolerance-based sensitivity analysis
Identification des cotes critiques par les méthodes d'analyse de sensibilité dans le contexte du tolérancement
Résumé
During the design stage of product manufacturing, the designers try to specify only the necessary critical dimensions or whatis called “Key Characteristics”. Knowing that dealing with Key Characteristics is time consuming and costly, it is preferableto reduce their number and exclude the non-contributing parameters. Different strategies that are based on qualitative orquantitative approaches for the identification of these dimensions are followed by the companies. The common way is todefine the critical functional requirements which are expressed in terms of dimensions. When the functional requirements areset as critical, all the involved dimensions are labelled as Key Characteristics. However they do not have the same importanceand need to be classified between contributing and non-contributing parameters. There is not a quantitative method thatserves for the identification of Key Characteristics in the critical functional requirements. This thesis suggests numericalmethodologies which are steps forward to a better ranking of the Key Characteristics.The first methodology is based on the global sensitivityanalysis and more precisely on Sobol’ approach. The sensitivity of the Non Conformity Rate corresponding to the productionof the product is measured with respect to the variable parameters characterizing the dimensions. The method is applied,first on a simple two-part example, and on a system having a linearised functional requirement and finally on a system withtwo non-linear functional requirements. The results show the main effects of the dimensions in addition to their interactions.Consequently it is possible to prioritize some and neglect the effect of the others and classify them respectively as KeyCharacteristics or not.The second methodology is based on iso-sensitivity tolerance allocation. It takes intoconsideration the tolerance intervals, the capability requirements and the mathematical formulation ofthe topological loop comprising the studied dimensions. This method consists of considering that all the dimensions involved in acritical functional requirement have equal sensitivities, and then estimate the corresponding tolerance intervals to match what iscalled “Iso-sensitivity tolerance allocation”. This is done under the conditions that are required by the companies for a highquality production. The condition to be satisfied is that the Non Conformity Rateshould be equal to a target value. So this is an optimization problem with an objective to have equalsensitivities and equality constraints on the Non Conformity Rate to estimate the tolerance intervals. First a design isproposed and then an optimal design is found after applying the proper optimization algorithm. Theestimated tolerance intervals are then compared to reference tolerance values that can be achieved bythe manufacturer. So when a tolerance interval for a corresponding dimension cannot be achieved, it isconsidered as a Key Characteristic.Finally both methodologies are applied on an over-constrained system, showing their ability to be extended to industrial cases.
Pendant la phase de conception de la fabrication d'un produit, les concepteurs essaient de ne spécifier que les dimensions critiques nécessaires ou ce qu'on appelle les "cotes critiques". Sachant que le traitement des cotes critiques prend du temps et est coûteux, il est préférable de réduire leur nombre et d'exclure les paramètres non contributifs. Différentes stratégies basées sur des approches qualitatives ou quantitatives pour l'identification de ces dimensions sont suivies parles entreprises. La méthode commune consiste à définir les exigences fonctionnelles critiques qui sont exprimées en termes de dimensions.Lorsque les exigences fonctionnelles sont définies comme critiques, toutes les dimensions concernées sont étiquetées comme des cotes critiques. Cependant, elles n'ont pas la même importance et doivent être classées entre paramètres contributifs et non contributifs. Il n'existe pas de méthodes quantitatives qui permettent d'identifier les cotes critiques des exigences fonctionnelles critiques. Cette thèse propose des méthodologies numériques qui sont des étapes vers un meilleur classement des cotes critiques.La première méthodologie est basée sur l'analyse de sensibilité globale et plus précisément sur l'approche de Sobol'. La sensibilité du taux de non-conformité correspondant à la production d'un produit est mesurée par rapport aux paramètres variables caractérisant les dimensions. La méthode est appliquée, d'abord sur un exemple simple en deux parties, puis sur un système ayant une exigence fonctionnelle linéarisée et enfin sur un système ayant deux exigences fonctionnelles non linéaires. Les résultats montrent les effets principaux des dimensions ainsi que leurs interactions. Par conséquent, il est possible de donner la priorité à certaines d'entre elles, de négliger l'effet des autres et de les classer respectivement comme cotes critiques ou non.La deuxième méthodologie est basée sur l'allocation de tolérance à iso-sensibilité. Elle prend en considération les intervalles de tolérance, les exigences de capabilités et la formulation mathématique de la boucle topologique comprenant les dimensions étudiées. Cette méthode consiste à considérer que toutes les dimensions impliquées dans une exigence fonctionnelle critique ont des sensibilités égales, puis à estimer leurs intervalles de tolérance pour correspondre à ce que l'on appelle "l'allocation de tolérance d'iso-sensibilité". Ceci est fait dans les conditions requises par les entreprises pour une production de haute qualité.La condition à satisfaire est que le Taux de Non-Conformité (TNC) doit être égal à une valeur cible. Il s'agit donc d'un problème d'optimisation dont l'objectif est d'avoir des sensibilités égales et des contraintes d'égalité sur la valeur cible du TNC pour estimer les intervalles de tolérance.Les intervalles de tolérance estimés sont ensuite comparés à des valeurs de tolérance de référence du fabricant. Ainsi, lorsqu'un intervalle de tolérance pour une dimension correspondante ne peut être atteint, elle est considérée comme une cote critique. Finalement, les deux méthodologies sont appliquées sur un système hyperstatique, montrant leur capacité à être étendues à des cas industriels.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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