Gemma: Guide d'Etude des Modes de Marches et d'Arrêt (1) - Cours de Mathématiques avec Maxicours

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Gemma: Guide d'Etude des Modes de Marches et d'Arrêt (1)

1. Cahier des charges d'un système automatisé

Le cahier des charges comporte différentes spécifications et l'une des plus importantes consiste à définir avec précision les dialogues nécessaires entre la partie opérative (PO), la partie commande (PC) et l'opérateur.

Le Grafcet décrit le dialogue entre la partie commande et la partie opérative et définit le fonctionnement automatique.

Le Gemma (Guide d'étude des modes de marches et d'arrêts) définit les différentes procédures de marche et d'arrêt.

  • C'est un outil de description graphique qui décrit le dialogue entre l'opérateur et la machine.
  • Il aide à la conduite de la machine, à sa maintenance ainsi qu'à son évolution.
  • Comme pour le Grafcet, le Gemma ne présume pas de la technologie de commande.

La figure suivante présente les rôles du Grafcet et du Gemma dans la définition des relations entre les différentes parties du système.

Dialogue PC-PO. Dialogue opérateur-machine :

Source : Télémécanique

2. Mise en œuvre du Gemma

Le Gemma constitue une méthode d'approche des modes de marches et d'arrêts fondée sur quelques concepts de base.

Cette démarche nécessite :

  • de recenser des différents modes envisagés et la mise en évidence des enchaînements que les relient ;
  • de déterminer les conditions de passage d'un mode à l'autre.

La figure suivante vous présente le Gemma Guide graphique.

Le Gemma Guide graphique :

Source : Adepa

Concepts de base :

Les différents concepts de base définissent :

- les modes de marches vus par une partie commande en ordre de marche ;

- le critère production ;

- les familles de Modes de Marches et d'Arrêts.

Les modes de marches sont vus par une partie commande en ordre de marche

Le Guide graphique Gemma est constitué de deux zones :

- une zone qui correspond à l'état inopérant de la partie commande (PC) soit PC hors énergie ;

- une zone qui permet de décrire ce qui se passe lorsque la partie commande (PC) fonctionne normalement, PC sous énergie.

La partie opérative (PO) est sous ou hors énergie, la figure suivante vous présente les états de la partie commande (PC) et le franchissement de la frontière entre les deux zones.

États de la partie commande :

Source : Adepa

Le critère production :

Le système est en production si la valeur ajoutée pour laquelle le système a été conçu est obtenue.

Le système se trouve hors production dans le cas contraire, ce que vous présente la figure suivante.

États du système :

Source : Adepa

Les trois grandes familles des Modes de Marches et d'Arrêts :

Ces trois familles de procédures correspondent chacune à une zone du Gemma ce qui vous présente la figure suivante.

Familles de procédures :

Source : Adepa

Famille F

Est regroupé dans cette famille, zone F "Procédure de fonctionnement", tous les Modes ou États indispensables à l'obtention de la valeur ajoutée. On ne produit pas forcément dans tous les modes de cette famille, ils peuvent-être préparatoires à la production.

Famille A

On regroupe dans cette famille, zone A "Procédures d'Arrêts", tous les modes qui conduisent ou traduisent un état d'arrêt du système pour des raisons extérieures.

Famille D

On regroupe dans cette famille, zone D "Procédures en défaillance" tous les modes qui conduisent ou traduisent un état d'arrêt du système pour des raisons intérieures, suite à une défaillance de la partie opérative.

Les Etats de Marches et d'Arrêts :

Dans la mise en œuvre du Gemma, pour un système donné on ne choisira parmi les états proposés par le Guide graphique que ceux nécessaires.

Pour effectuer ce choix il faut comprendre la signification de chacun de ces états.

Les "rectangles-états"

Sur le Gemma, la position d'un rectangle état définit :

• l'appartenance à l'une des trois familles de procédures (de fonctionnement, d'arrêt ou de défaillance) ;

• le fait qu'il soit "en production" ou "hors production".

La désignation Marche ou Arrêt du rectangle état utilise un vocabulaire ne pouvant prêter à confusion.

Cependant des expressions usitées peuvent-être employées dans le "langage machine", précisant dans les "rectangles états" les Modes de Marches ou d'Arrêts pour un système déterminé.

La figure ci-dessous présente un exemple de "rectangle-état", "Production normale", ou se trouve précisé : "moulage semi-automatique".

Rectangle état :

Source : Adepa

La figure suivante vous présente un "rectangle-état" ainsi que son utilisation.

 

Source : Adepa

Les états (référence Adepa) :

Les états F

Ce sont des états de marches situés dans la zone "procédures de Fonctionnement" du guide graphique Gemma.

F1 < Production

normale >

Dans cet état, la machine produit normalement : c'est l'état pour lequel elle a été conçue. C'est à ce titre que le "rectangle-état" a un cadre particulièrement renforcé. On peut souvent faire correspondre à cet état un Grafcet que l'on appelle Grafcet de base.

Remarque : à cet état ne correspond pas nécessairement une marche automatique.

F2 < Marche de préparation > Cet état est utilisé pour les machines nécessitant une préparation préalable à la production normale : préchauffage de l'outillage, remplissage de la machine, mises en routes diverses, etc.
F3 < Marche de clôture > C'est un état nécessaire pour certaines machines devant être vidées, nettoyées, etc., en fin de journée ou en fin de série.
F4 < Marche de vérification dans le désordre > Cet état permet de vérifier certaines fonctions ou certains mouvements sur la machine, sans respecter l'ordre du cycle.

 

F5 < Marche de vérification dans l'ordre >

Dans cet état, le cycle de production peut être exploré au rythme voulu par la personne effectuant la vérification, la machine pouvant produire ou ne pas produire.
F6 < Marche de test > Les machines de contrôle, de mesure, de tri…, comportent des capteurs qui doivent être réglés ou étalonnés périodiquement : la < Marche test > F6 permet ces opérations de réglage ou d'étalonnage.

Les état A

Situés dans la zone "procédures d'Arrêt de la partie opérative" :

ces états correspondent à des arrêts normaux ou à des marches conduisant à des arrêts normaux.

A1 < Arrêt dans l'état initial > C'est l'état "repos" de la machine. Il correspond en général à la situation initiale du Grafcet : c'est pourquoi, comme une étape initiale, ce "rectangle-état" est entouré d'un double cadre . Pour une étude plus facile de l'automatisme, il est recommandé de représenter la machine dans cet état initial.
A2 < Arrêt demandé en fin de cycle > Lorsque l'arrêt est demandé, la machine continue de produire jusqu'à la fin du cycle. A2 est donc un état transitoire vers l'état A1.
A3 < Arrêt demandé dans état déterminé > La machine continue de produire jusqu'à un arrêt en position autre que la fin de cycle : c'est un état transitoire vers A4.
A4 < Arrêt obtenu > La machine est alors arrêtée en une autre position que la fin de cycle.
A5 < Préparation pour remise en route après défaillance > C'est dans cet état que l'on procède à toutes les opérations (dégagements, nettoyages…) nécessaires à une remise en route après défaillance.
A6 < Mise PO dans état initial > La machine étant en A6, on remet manuellement ou automatiquement la Partie opérative en position pour un démarrage dans l'état initial.
A7 < Mise PO dans état déterminé > La machine étant en A7, on remet la PO en position pour un redémarrage dans une position autre que l'état initial.

Les états D :

Ce sont les états de Marches et d'Arrêts situés dans la zone "Procédures de défaillance" de la partie opérative.

D1 < Arrêt d'urgence > C'est l'état pris lors d'un arrêt d'urgence : on y prévoit non seulement les arrêts, mais aussi les cycles de dégagements, les procédures et les précautions nécessaires pour éviter ou limiter les conséquences dues à la défaillance.
D2 < Diagnostic et/ou traitement de défaillance > C'est dans cet état que la machine peut être examinée après défaillance et qu'il peut être apporté un traitement permettant le démarrage.
D3 < Production tout de même > Il est parfois nécessaire de continuer la production même après défaillance de la machine : on aura alors une "production dégradée", ou une "production forcée", ou une production aidée par des opérateurs non prévus en < Production normale >.

 

3. Gemma : méthode de mise en œuvre

Le Gemma est non seulement une méthode systématique pour sélectionner les Modes de Marches et d'Arrêts lors de la conception d'une machine automatique, mais aussi un moyen pratique pour les présenter et les exploiter.

Utilisation du Gemma pour l'étude d'une machine de production automatisée

La pratique courante de l'étude des machines de Production Automatisée n'aborde pas méthodiquement la sélection des Modes de Marches et d'Arrêts, ce qui entraîne souvent des modifications longues et coûteuses de la machine après réalisation.

En mettant en œuvre le Gemma dans l'étude, les Modes de Marches et d'Arrêts sont prévus dès la conception et intégrés dans la réalisation. La figure suivante vous présente une séquence d'étude typique.

Séquence d'étude typique :

Source : Adepa

4. Gemma : sélection des Modes de Marches et d'Arrêts

La partie opérative de la machine étant définie, ainsi que le Grafcet du cycle de production normale, le guide graphique Gemma est mis en œuvre, dans un premier temps, pour sélectionner et préciser les Modes de Marches et d'Arrêts nécessaires.

Deux préoccupations simultanées permettent d'aboutir facilement :

• Envisager tous les "rectangles-états" proposés par le Gemma (figure suivante).

Avec ses "rectangles-états", le guide graphique constitue une "check list" des différents types de Modes de Marches et d'Arrêts nécessaires en automatisation industrielle courante. Pour une machine donnée, il est donc important d'examiner le cas de chaque "rectangle-état" :

- si le mode proposé est retenu, il sera précisé en "langage machine", dans le "rectangle-état" ; au besoin, plusieurs variantes de ce mode seront distinguées ;

- si le mode proposé n'est pas nécessaire pour la machine, une croix sera portée dans le "rectangle-état", pour bien signifier qu'il n'est pas retenu.

"Rectangles-états" proposés par le Gemma :

Source : Adepa

• Rechercher les évolutions d'un état à l'autre.

Deux états essentiels, définis dès le début de l'étude, se retrouvent sur toutes les machines :

- l'état A1, dit < état initial >, ou "état repos" de la machine* ;

- l'état F2, mode de < production normale >, pour lequel la machine a été conçue*.

Évolutions d'un état à l'autre :

Source : Adepa

En parlant de chacun des deux états essentiels, A1 et F1, il est intéressant de rechercher les évolutions vers d'autres états, dont la nécessité est moins évidente au premier abord.

On pourra commencer par démarrer la machine, c'est-à-dire passer de A1 à F1, en se posant la question : une < marche de préparation > F2 est-elle nécessaire ?

• On arrêtera alors la machine, au choix,

- en fin de cycle -> circuit F1 -> A2 -> A1,

- dans une autre position -> circuit F1 -> A3 -> A4 ;

• On examinera les cas de défaillance,

- avec < Arrêt d'urgence >, D1,

- avec < Production tout de même >, D3 ; etc.

En pratique, on mettra en évidence des boucles passant par les états A1 ou F1, et appartenant à l'une des deux familles montrées par le croquis ci-dessous :

- les boucles "démarrage - arrêt normal" ;

- les boucles "démarrage - défaillance - retour à l'état initial".

Sur le graphique Gemma :

- le "rectangle-état" A1 < Arrêt dans l'état initial >, comporte un double cadre , pour montrer sa correspondance avec la situation initiale du Grafcet ;

- le "rectangle-état" F1 < Production normale > a un cadre particulièrement renforcé, pour mettre en évidence l'importance de cet état sur toute machine.

Le guide graphique Gemma permet donc une sélection des Modes de Marches et d'Arrêts pour une machine donnée ; la méthode consiste à examiner le cas de chacun des états proposés, en recherchant les évolutions d'un état dans l'autre, en particulier à partir des deux états essentiels sur toute machine, l'état initial A1 et l'état de production normale F1.

Cette sélection étant achevée et mise au net sur le guide graphique Gemma, il y a lieu de procéder à la deuxième phase de l'exploitation du Gemma : la recherche des conditions d'évolution entre les modes de Marches et d'Arrêts.

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