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Article

1 - LES ENJEUX DE L’INTÉGRATION DE L’HOMME AU SEIN DE L’USINE DU FUTUR

2 - PROCESSUS DE PRISE EN COMPTE DES NIVEAUX DE RISQUE EN PHASE DE CONCEPTION

3 - MODÉLISATION DES MACHINES PAR LES FLUX D’ÉNERGIE GÉNÉRALISÉS

4 - VOLUME D’INFLUENCE

5 - APPLICATION AU CAS D’UN SYSTÈME FLEXIBLE RECONFIGURABLE DE FABRICATION DE PIÈCES MÉCANIQUES

6 - ÉLICITATION DES DONNÉES DE DÉFINITION DES USAGES ET EXPLOITATIONS EN PRÉVENTION INTÉGRÉE

7 - CONCLUSION

8 - GLOSSAIRE

9 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : SF150 v1

Modélisation des machines par les flux d’énergie généralisés
Usine du futur : conception des postes de travail et aspects santé-sécurité

Auteur(s) : Patrick MARTIN, Bruno DAILLE-LEFEVRE, Xavier GODOT, Jacques MARSOT

Relu et validé le 29 févr. 2024

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RÉSUMÉ

L’objectif de cet article est de présenter des concepts, objets de connaissance, modèles, outils permettant d’aider le concepteur ou le responsable de production dans la prise en compte des exigences associées aux enjeux santé-sécurité au travail dans le cadre du paradigme « Usine du Futur » et ceci le plus tôt possible au cours du processus de conception (concept de prévention intégrée).

En effet? la variabilité de la demande, la reconfiguration du poste de travail, la digitalisation, l’automatisation, la coopération homme-robot conduisent à de nouvelles situations de travail et les usages futurs comportent des incertitudes à maîtriser.

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ABSTRACT

Health and safety problems in the frame of the factory of the future paradigm

This article‘s aim is presenting concepts, models, key parameters, tools allowing to help the designer or the production manager to take into account of health and safety requirements in the frame “Factory of the Future “paradigm and this in the first stage of the design process. In that case we speak of “Integrated prevention”.

In fact, demand’ s variability, manufacturing system reconfiguration, digitalization, automation, human- robot interaction, introduce new working situations. More new usages introduce uncertainties to be control.

Auteur(s)

  • Patrick MARTIN : Professeur émérite : laboratoire de Conception fabrication commande, Arts et Métiers Institute of Technology, campus de Metz

  • Bruno DAILLE-LEFEVRE : Ingénieur de recherche : LCPI, Institut national de recherche et de sécurité : INRS, Vandœuvre-les-Nancy

  • Xavier GODOT : Ingénieur de recherche : laboratoire de Conception fabrication commande, Arts et Métiers Institute of Technology, campus de Metz

  • Jacques MARSOT : Responsable du laboratoire CPI : Institut national de recherche et de sécurité, INRS, Vandœuvre-les-Nancy

INTRODUCTION

Problématique, contexte

Les études et analyses au niveau français comme européen ont montré l’importance de la prise en compte de l’humain (bien-être, formation, compétences, responsabilité sociale, demande citoyenne …) au sein de l’usine du futur, le champ d’étude se focalise ici sur les aspects santé – sécurité au travail (sécurité : atteinte à l’intégrité physique d’une façon violente, accident) et atteinte à l’intégrité physique d'une façon diffuse (due à l'environnement dangereux, le stress, la fatigue, la répétitivité des gestes, les vibrations, etc.). Ainsi cette analyse se positionne dans le cadre de la prévention intégrée (Design for Safety) qui a pour objectif de permettre aux concepteurs d’équipements, intégrateurs de systèmes et utilisateurs, d’anticiper la prise en compte des problématiques de santé-sécurité le plus tôt possible dans le processus de conception, en effet celle-ci reste très souvent abordée comme une contrainte de correction et non comme une spécification pour la conception.

De plus il est nécessaire au niveau de la conception ou de la reconception de prendre en compte l’évolution potentielle et incertaine de la situation de travail et du système de production : flexibilisation des process de fabrication, reconfiguration des équipements, évolution permanente des usages, organisation de la production en fonction de la demande.

Les tâches peuvent en effet être réalisées soit par l’Homme, soit par un équipement automatisé, soit par plusieurs opérateurs, soit en coopération Homme – robot suivant les besoins de la production. Des technologies de production avancées et d’interfaces homme/machine intelligentes se diffusent au sein des entreprises. Par ailleurs, les profils, connaissances et compétences des opérateurs (expérimenté, novice…) ou personnels (opérateur logistique, personnel de maintenance, personnel de soutien…) qui interviennent lors de différentes situations de vie dans le système de production, sont de plus en plus variés ce qui conduit à des enjeux forts en termes de santé-sécurité.

Cette évolution permanente, la diminution des niveaux hiérarchiques, la révolution numérique, la dilution des prises de décision (management du changement : cf. [J 8 000]), rend de plus difficile la définition des responsabilités techniques et légales entre concepteurs d’équipements, intégrateurs de systèmes et utilisateurs.

Si beaucoup d’espoirs sont placés dans l’offre technologique pour améliorer les conditions de travail, il est indispensable pour les concepteurs de faire une évaluation précise des risques qu’elles présentent, en s’attachant à identifier les risques nouveaux, accentués, ou plus difficilement maîtrisables. Une attention particulière doit notamment être portée aux technologies qui visent à « augmenter » les capacités physiques ou cognitives des opérateurs (exosquelettes, robots d’assistance physique, réalité augmentée, algorithmes). La frontière est en effet imprécise et sujette à discussion entre une utilisation qui permet de préserver la santé-sécurité au travail et celle qui aurait au contraire des effets négatifs car elle viserait en priorité à travailler plus vite, à transporter plus de charges, à standardiser le travail, etc. L’ouverture des systèmes de pilotage des équipements industriels au réseau internet peut, en présence de virus, affecter le fonctionnement des installations et en conséquence être plus ou moins directement une cause d’accidents pour les salariés (cet article ne portera pas sur ce point).

Les concepts présentés dans l’article,

Dans un objectif de prise en compte des aspects santé – sécurité au plus tôt dans le processus de conception d’un produit ou d’un équipement de travail, la prévention intégrée recommande le partage des connaissances entre les différents acteurs (donneur d’ordre définissant les spécifications, concepteur, intégrateur, équipementier, opérateur, maintenance, méthodes-organisation, préventeur, RH…). Les aspects santé-sécurité sont pris en compte la plupart du temps au niveau de la conception détaillée, et constituent ainsi une contrainte de correction. Ils apparaissent d’une façon générale dans les spécifications et leur prise en compte reste marginale dans les démarches de conception. Aussi on constate un manque en termes de formalisation, de méthodologie, de concepts, d’outils permettant d’assurer l’identification des éléments clés et les liens entre usage, conception et prévention. Ainsi cet article se propose d’apporter des éléments de réponse à ces interrogations, en particulier en se basant sur trois hypothèses clés :

  • l’accident est lié à un flux d’énergie qui a été généralisé ici ;

  • l’accident a lieu dans une zone dans laquelle l’élément dangereux et l’opérateur sont présents simultanément, ce qui conduit à la notion de volume d’action d’influence ;

  • une approche structurée de formalisation des usages, basées sur l’identification et la description de l’ensemble des parties prenantes et des interactions prévues ou potentielles avec l’opérateur, suivi de l’exploitation des données au niveau de la conception architecturale. Ceci doit permettre au concepteur de concevoir un système adapté à l’usage, le facilitant tout en assurant la santé-sécurité.

La méthodologie de processus de conception/reconception proposée porte sur l’aide au choix de l’architecture de l’équipement de production en réponse au cahier des charges fonctionnel en contribuant à la sécurité des opérateurs. Les approches et méthodologies présentées dans cet article peuvent être appliquées, non seulement aux industries manufacturières, mais également aux industries de process et à tout équipement de travail dès lors qu’il y a potentiellement une intervention humaine avec des équipements ou dans un espace comportant des éléments dangereux pour une situation de vie (production, réglage, montage, maintenance, démantèlement…).

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KEYWORDS

Occupational Health and Safety   |   automatisation   |   production   |   Robot   |   Work   |   Factory of the future

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-sf150

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3. Modélisation des machines par les flux d’énergie généralisés

Que les phénomènes dangereux soient liés directement à la présence d’énergie constitue l’hypothèse forte de l’approche

  • Ainsi la démarche EZID (Energy analysis for systematic haZard Identification during Design) a été proposée. Elle est constituée d’une étape de modélisation basée sur le modèle fonctionno-structurel (MFS). Les paramètres clés de conception (objets intermédiaires) identifiés lors du processus de conception (figure 4) sont répartis en deux familles : les paramètres principaux énergétiques qui caractérisent un flux d’énergie généralisée (description technologique de la manière dont ce flux circule dans la machine) et les paramètres complémentaires (forme, matériau, état de surface, trajectoire) (figure 5).

  • Chaque système, sous-systèmes ou composant est délimité par ses frontières et comporte des surfaces fonctionnelles : interfaces par lesquelles sont échangées les énergies. Les liaisons entre deux surfaces fonctionnelles (dont celles de l’opérateur dans le cadre d‘une situation de travail) sont caractérisées par les types d’échanges (conducteur, semi-conducteur, isolant). Les liaisons conductrices ou semi-conductrices avec les opérateurs constituent des sources potentielles de phénomènes dangereux qui devront être éliminées par des solutions de prévention. L’identification des liaisons supports des flux énergétiques généralisés permet ainsi d’obtenir le modèle MFS du système intégrant...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - NEUMANN (W.P.), WINKELHAUS (S.), GROSSE (E.H.), GLOCK (C.H.) -   Industry 4.0 and the human factor (2020) A systems framework and analysis methodology for successful development,  -  International Journal of Production Economics, Elsevier, online nov. 2020, https://doi.org/10.1016/j.ijpe.2020.107992.

  • (2) - PAČAIOVÁ (H.), ANDREJIOVÁ (M.), BALAŽIKOVÁ (M.), TOMAŠKOVÁ (M.), GAZDA (T.), CHOMOVÁ (K.), HIJJ (J.), SALAJ (L.)  -   Methodology for Complex, Efficiency Evaluation of Machinery Safety Measures in a Production,  -  Organization. Appl. Sci. 2021, 11, 453, DOI 10.3390/app11010453.

  • (3) - KADIR (B.A.), BROBERG (O.) -   Human well-being and system performance in the transition to industry 4.0.  -  International Journal of Industrial Ergonomics, 76, 102936, https://doi.org/10.1016/j.ergon.2020.102936 (2020).

  • (4) - SONY (M.), NAIK (S.) -   Industry 4.0 integration with socio-technical systems theory: A systematic review and proposed theoretical model. Technology in Society,  -  61, may 2020 101248, https://doi.org/10.1016/j.techsoc.2020.101248.

  • (5) - KRUGER (J.),...

NORMES

  • Sécurité des machines – Principes généraux de conception – Appréciation du risque et réduction du risque. AFNOR - ISO, 12100 - (2010)

  • Systèmes de management de la santé et de la sécurité au travail – Exigences et lignes directrices pour leur utilisation - ISO 45001 -  (2018)

  • Exigences de sécurité pour les robots industriels – Robots et dispositifs robotiques – Partie 1 : Robots. Paris, AFNOR, 2011, 45 p - ISO 10218-1 -  (2011)

  • Principes ergonomiques de la conception des systèmes de travail - ISO 6385 - (2016)

  • Comité Européen de Normalisation. Principes ergonomiques de la conception des systèmes de travail. France, AFNOR - NF EN ISO 6385 - (2016)

  • Robots et dispositifs robotiques – Robots coopératifs - ISO/TS 15066 - (2016)

  • Expression du besoin et cahier des charges fonctionnel – AFNOR - NF EN 16271 - (2013)

  • ...

1 Réglementations

Council, E.P.a., Directive 2006/42/EC of the European Parliament and of the Council of 17 May 2006 on machinery, and amending Directive 95/16/EC (recast). 2006.

Directive 2009/104/CE du parlement européen et du conseil du 16 septembre 2009 concernant les prescriptions minimales de sécurité et de santé pour l’utilisation par les travailleurs au travail d’équipements de travail. Journal officiel de l’Union européenne.

HAUT DE PAGE

2 Annuaire

Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)

AFNOR : Association française de normalisation

http://www.afnor.fr

AIF : Alliance industrie du futur

http://www.industrie-dufutur.org

CEN : Comité européen de normalisation

http://www.cenorm.be

CETIM : Centre technique des industries mécaniques,

https://www.cetim.fr

FIM : Fédération des Industries Mécaniques

https://www.fim.net

INERIS : Institut national de l’environnement industriel et des risques,

http://www.ineris.fr

INRS: Institut national de recherche et de sécurité pour la prévention des accidents du travail et des maladies professionnelles

https://www.inrs.fr

SYMOP : Syndicat des machines...

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