Améliorer l'utilisation des machines CNC : Comment prendre les bonnes décisions

Quelle décision cela soutient-il réellement ?

L’amélioration de l’utilisation des machines CNC (machines-outils à commande numérique) ne se résume pas à « faire tourner les machines plus souvent ». C’est la réponse à une question stratégique que tous les ateliers de production se posent, souvent sans la formuler explicitement : « Comment maximiser le retour sur investissement de nos équipements, sans augmenter les coûts de production ou dégrader la qualité des pièces ? »

Pour comprendre l’enjeu, il faut d’abord définir l’utilisation des machines (ou taux d’utilisation) : c’est le pourcentage de temps pendant lequel une machine produit des pièces conformes, par rapport au temps total disponible. Ce temps disponible inclut les horaires d’ouverture de l’atelier, les pauses, les arrêts pour maintenance préventive et les périodes d’absence du personnel.

L’amélioration de ce taux ne vise pas à exploiter les machines à 100 % (ce qui est impossible et contre-productif, car cela éliminerait toute marge pour les imprévus). Elle vise à réduire les temps non productifs : les temps de réglage, les temps d’attente de matière ou de programme, les pannes non planifiées et les périodes où la machine ne peut pas produire parce que le personnel est absent.

Comment ça fonctionne en pratique ?

L’amélioration de l’utilisation des machines repose sur quatre leviers interdépendants, dont vous avez demandé de couvrir les plus critiques : la réduction des temps de réglage, la planification optimisée, la production sans surveillance et l’analyse des goulots d’étranglement.

1. Réduction des temps de réglage

Le temps de réglage est le temps nécessaire pour préparer une machine à produire une nouvelle pièce : changement d’outils, ajustement des paramètres de coupe, vérification de la position de la matière première, etc. C’est souvent le premier levier à actionner, car les temps de réglage représentent en moyenne 20 à 40 % du temps total disponible des machines dans les ateliers de petite et moyenne série.

La méthode la plus répandue pour réduire ces temps est la SMED (Single-Minute Exchange of Die, ou échange de moule en moins de 10 minutes), qui sépare les tâches de réglage en deux catégories :

• Les tâches internes : celles qui ne peuvent être réalisées que lorsque la machine est arrêtée (ex : changement d’outils, ajustement des paramètres de coupe).
• Les tâches externes : celles qui peuvent être réalisées pendant que la machine produit (ex : préparation de la matière première, prépositionnement des outils, vérification des programmes).

Les équipements CNC Gree intègrent des fonctionnalités qui facilitent la réduction des temps de réglage. Par exemple :

• Le centre d’usinage vertical GA-DV750 dispose d’un temps de changement d’outil de 1,8 seconde, l’un des plus rapides du marché pour sa catégorie, ce qui réduit les temps de réglage internes.
• Le centre de perçage et de taraudage GA-VT540P a un temps de changement d’outil de 1,2 seconde et une précision de répétition de 0,004 mm, ce qui permet de réduire les temps de vérification post-réglage.

En pratique, un atelier qui passe d’un temps de réglage moyen de 2 heures à 15 minutes (un objectif réaliste avec la SMED) augmente son taux d’utilisation de 15 à 25 %, selon la fréquence des changements de série.

2. Planification optimisée

La planification est l’art d’organiser la production pour que chaque machine dispose de la matière, des programmes et du personnel nécessaires au bon moment. Une planification mal faite peut entraîner des temps d’attente de plusieurs heures ou jours pour une machine, même si elle est techniquement capable de produire.

Les outils de planification vont du simple tableau Excel aux logiciels de gestion de production (ERP, Enterprise Resource Planning) et de planification avancée (APS, Advanced Planning and Scheduling). Ces outils prennent en compte les capacités des machines, les délais de livraison des clients, les disponibilités du personnel et les contraintes de maintenance.

Par exemple, un atelier qui utilise un APS peut regrouper les pièces similaires sur la même machine pour réduire le nombre de changements de réglage. Si un atelier a un centre d’usinage vertical GA-MV856 (adapté à des pièces de grande taille, charge maximale de 500 kg), il peut regrouper toutes les pièces de grande taille à produire sur cette machine, plutôt que de les répartir sur plusieurs équipements, ce qui réduit les temps de réglage et les temps de transport des pièces.

En pratique, une planification optimisée permet de réduire les temps d’attente des machines de 10 à 30 %, selon la complexité de la production.

3. Production sans surveillance

La production sans surveillance (ou production hors horaires) consiste à faire tourner les machines pendant les périodes où le personnel n’est pas présent : la nuit, le week-end ou les jours fériés. C’est un levier puissant pour augmenter le taux d’utilisation, car il permet de multiplier le temps de production sans augmenter les coûts de personnel.

Pour que la production sans surveillance soit possible, la machine doit remplir plusieurs conditions :

• Elle doit être capable de détecter les pannes et de s’arrêter automatiquement pour éviter les dommages.
• Elle doit disposer d’un système de chargement et de déchargement automatique des pièces (robot, chargeur de barres, magasin de pièces).
• Elle doit avoir une capacité d’outils suffisante pour produire toute la série sans intervention.

Les équipements Gree sont adaptés à la production sans surveillance. Par exemple :

• Le centre d’usinage vertical à double broche GA-MVD2560 dispose d’un magasin d’outils de 24 outils par broche, ce qui permet de produire des séries de plusieurs centaines de pièces sans intervention.
• Le centre d’usinage 5 axes de haute précision GA-UHD500 a un magasin d’outils de 60 outils et une précision de répétition de 0,004 mm, ce qui garantit la conformité des pièces produites sans surveillance.

En pratique, un atelier qui passe d’un fonctionnement en une équipe par jour à deux équipes par jour plus une équipe de nuit sans surveillance augmente son taux d’utilisation de 50 à 100 %, selon la disponibilité des séries à produire.

4. Analyse des goulots d’étranglement

Un goulot d’étranglement est une machine ou un processus qui limite la capacité de production totale de l’atelier. Par exemple, si un atelier dispose de 10 machines d’usinage et d’une seule machine de finition, la machine de finition est le goulot d’étranglement : même si les 10 machines d’usinage produisent à plein régime, la capacité de production totale de l’atelier est limitée par la capacité de la machine de finition.

L’analyse des goulots d’étranglement consiste à identifier ces points limitants et à agir pour augmenter leur capacité. Les actions possibles sont :

• Augmenter le taux d’utilisation du goulot d’étranglement (réduction des temps de réglage, production sans surveillance).
• Ajouter une machine identique au goulot d’étranglement.
• Répartir la charge du goulot d’étranglement sur d’autres machines, si possible.

Par exemple, si un atelier a un centre d’usinage 5 axes GA-FA500 qui est le goulot d’étranglement, il peut augmenter sa capacité en ajoutant un deuxième GA-FA500, ou en réduisant ses temps de réglage pour augmenter son taux d’utilisation.

En pratique, l’analyse des goulots d’étranglement permet d’augmenter la capacité de production totale de l’atelier de 20 à 50 %, selon la gravité des goulots d’étranglement.

Où se trouvent l’argent et les risques ?

L’amélioration de l’utilisation des machines génère des gains importants, mais elle comporte aussi des risques et des coûts qu’il faut maîtriser.

Gains potentiels

Les gains proviennent principalement de la réduction des coûts fixes par pièce. Les coûts fixes des machines (amortissement, loyer, maintenance, assurance) sont répartis sur le nombre de pièces produites : plus le taux d’utilisation augmente, plus le coût fixe par pièce diminue.

Par exemple, une machine qui coûte 100 000 € par an en coûts fixes, et qui produit 10 000 pièces par an, a un coût fixe par pièce de 10 €. Si le taux d’utilisation augmente de 50 %, la machine produit 15 000 pièces par an, et le coût fixe par pièce tombe à 6,67 €.

En pratique, les gains par machine varient de 10 000 € à 50 000 € par an, selon la valeur de la machine et l’augmentation du taux d’utilisation.

Risques et coûts

Les risques et coûts sont les suivants :

1. Coûts d’investissement : Pour réduire les temps de réglage, mettre en place la production sans surveillance ou augmenter la capacité des goulots d’étranglement, il faut investir dans des équipements (robots, chargeurs de barres, logiciels de planification) ou dans des formations. Ces investissements varient de 5 000 € pour un logiciel de planification basique à plusieurs centaines de milliers d’euros pour une nouvelle machine ou un système de chargement automatique.
2. Risque de panne : Une augmentation du taux d’utilisation augmente la charge de travail des machines, ce qui peut entraîner une augmentation des pannes non planifiées. Les pannes coûtent cher : une panne de 24 heures sur une machine qui produit 100 pièces par jour représente une perte de production de 100 pièces, plus les coûts de réparation.
3. Risque de qualité : La production sans surveillance ou une planification trop serrée peut entraîner une dégradation de la qualité des pièces, si les contrôles ne sont pas adaptés. Une pièce non conforme coûte en moyenne 10 à 100 fois le coût de production de la pièce, selon sa complexité.
4. Risque de surcapacité : Si l’augmentation du taux d’utilisation est supérieure à la demande du marché, l’atelier se retrouve avec une surcapacité de production, ce qui augmente les coûts fixes sans générer de revenus supplémentaires.

Erreurs courantes

Les ateliers commettent souvent des erreurs coûteuses lorsqu’ils cherchent à améliorer l’utilisation des machines :

1. Se concentrer sur le taux d’utilisation sans prendre en compte la demande

Beaucoup d’ateliers cherchent à augmenter le taux d’utilisation des machines à tout prix, même si la demande du marché ne permet pas de vendre les pièces produites. Par exemple, un atelier qui augmente le taux d’utilisation d’une machine de 50 % pour produire 15 000 pièces par an, mais qui ne peut vendre que 10 000 pièces, se retrouve avec 5 000 pièces invendues, ce qui représente une perte de plusieurs milliers d’euros.

2. Négliger la maintenance préventive

Une augmentation du taux d’utilisation augmente la charge de travail des machines, ce qui rend la maintenance préventive plus importante que jamais. Beaucoup d’ateliers réduisent les horaires de maintenance préventive pour augmenter le temps de production, ce qui entraîne une augmentation des pannes non planifiées. Par exemple, une machine qui est arrêtée 10 heures par mois pour maintenance préventive peut éviter une panne de 100 heures par mois.

3. Ne pas adapter les contrôles de qualité à la production sans surveillance

La production sans surveillance nécessite des contrôles de qualité automatisés (capteurs de force, systèmes de mesure en ligne) pour détecter les pièces non conformes. Beaucoup d’ateliers mettent en place la production sans surveillance sans adapter les contrôles, ce qui entraîne des lots de pièces non conformes. Par exemple, un lot de 100 pièces non conformes produit sans surveillance peut coûter plusieurs milliers d’euros.

4. Ne pas former le personnel

La réduction des temps de réglage, la planification optimisée et la production sans surveillance nécessitent des compétences spécifiques. Beaucoup d’ateliers investissent dans des équipements ou des logiciels sans former le personnel, ce qui réduit l’efficacité des investissements. Par exemple, un logiciel de planification APS qui coûte 50 000 € par an ne sera pas utilisé correctement si le personnel n’est pas formé.

Limites honnêtes

L’amélioration de l’utilisation des machines ne peut pas résoudre tous les problèmes de production. Il y a des cas où elle atteint ses limites, et où il faut recourir à une aide extérieure.

Ce que l’amélioration de l’utilisation des machines ne peut pas résoudre

1. Une demande insuffisante : Si la demande du marché est inférieure à la capacité de production de l’atelier, augmenter le taux d’utilisation des machines ne permettra pas de vendre plus de pièces. Dans ce cas, il faut chercher de nouveaux marchés ou réduire la capacité de production.
2. Des problèmes de conception des pièces : Si les pièces sont mal conçues (trop complexes, trop difficiles à produire), augmenter le taux d’utilisation des machines ne permettra pas de réduire les coûts de production. Dans ce cas, il faut revoir la conception des pièces.
3. Des problèmes de qualité des matières premières : Si les matières premières sont de mauvaise qualité, augmenter le taux d’utilisation des machines ne permettra pas de produire des pièces conformes. Dans ce cas, il faut changer de fournisseur de matières premières.
4. Des problèmes de gestion globale de l’atelier : Si l’atelier a des problèmes de gestion (manque de personnel, mauvaise organisation, manque de communication), augmenter le taux d’utilisation des machines ne permettra pas d’améliorer la performance globale de l’atelier.

Quand recourir à une aide extérieure

Il faut recourir à une aide extérieure dans les cas suivants :

• Lorsque l’analyse des goulots d’étranglement est complexe, et que l’atelier ne dispose pas des compétences nécessaires pour la réaliser.
• Lorsque la mise en place de la production sans surveillance nécessite des compétences en robotique ou en automatisation que l’atelier ne dispose pas.
• Lorsque l’atelier veut mettre en place un logiciel de planification APS, et qu’il ne dispose pas des compétences nécessaires pour l’implémenter et le paramétrer.
• Lorsque l’atelier veut réduire ses temps de réglage avec la méthode SMED, et qu’il ne dispose pas des compétences nécessaires pour la mettre en œuvre.

Tableau de comparaison des gains potentiels par levier

Ce tableau présente les gains potentiels, les coûts associés et les équipements Gree adaptés à chaque levier d’amélioration de l’utilisation des machines :

Checklist pratique avant de s’engager

Avant de mettre en place un projet d’amélioration de l’utilisation des machines, vérifiez les points suivants :

1. Évaluez la demande du marché : Vérifiez que vous pouvez vendre les pièces supplémentaires que vous allez produire. Si la demande est insuffisante, le projet ne générera pas de gains.
2. Mesurez votre taux d’utilisation actuel : Mesurez le taux d’utilisation de chaque machine sur une période de 3 à 6 mois, pour identifier les leviers les plus efficaces.
3. Évaluez vos compétences internes : Vérifiez que vous disposez des compétences nécessaires pour mettre en place le projet (formation du personnel, maintenance, automatisation). Si ce n’est pas le cas, prévoyez un budget pour une aide extérieure.
4. Évaluez la capacité de maintenance : Vérifiez que votre service de maintenance peut faire face à l’augmentation de la charge de travail des machines. Si ce n’est pas le cas, prévoyez un budget pour augmenter la capacité de maintenance ou pour des contrats de maintenance avec des fournisseurs.
5. Évaluez les contrôles de qualité : Vérifiez que vos contrôles de qualité sont adaptés à l’augmentation du taux d’utilisation et à la production sans surveillance. Si ce n’est pas le cas, prévoyez un budget pour des contrôles automatisés.
6. Réalisez une analyse de rentabilité : Calculez les gains potentiels du projet et comparez-les aux coûts associés. Vérifiez que le retour sur investissement est acceptable pour votre atelier.

FAQ

1. Quel est le taux d’utilisation moyen des machines CNC dans les ateliers ?

Le taux d’utilisation moyen des machines CNC est de 30 à 50 % dans les ateliers de petite et moyenne série, et de 50 à 70 % dans les ateliers de grande série. Les ateliers qui mettent en place les leviers d’amélioration peuvent atteindre des taux d’utilisation de 70 à 90 %.

2. La production sans surveillance est-elle adaptée à tous les types de pièces ?

Non, la production sans surveillance est adaptée aux pièces de moyenne et grande série, qui nécessitent peu de changements de réglage. Elle est moins adaptée aux pièces de petite série ou aux pièces très complexes, qui nécessitent des ajustements fréquents.

3. Combien de temps faut-il pour mettre en place la méthode SMED ?

La mise en place de la méthode SMED prend de 3 à 12 mois, selon la complexité des processus de réglage et la formation du personnel. Les premiers gains peuvent être observés après 1 à 2 mois.

4. Les logiciels de planification APS sont-ils adaptés aux petits ateliers ?

Oui, il existe des logiciels de planification APS adaptés aux petits ateliers, avec des prix abordables (à partir de 10 000 € par an). Ces logiciels permettent de réduire les temps d’attente des machines et de regrouper les séries pour réduire les temps de réglage.

5. L’amélioration de l’utilisation des machines augmente-elle la durée de vie des machines ?

Non, l’amélioration de l’utilisation des machines augmente la charge de travail des machines, ce qui peut réduire leur durée de vie, si la maintenance préventive n’est pas adaptée. Il est donc important d’augmenter la maintenance préventive lorsque le taux d’utilisation augmente.

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