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Approche Norme GPS - 1285 151 p30
Approche Norme GPS - 1285 151 p30
Approche Norme GPS - 1285 151 p30
L’évolution du langage normalisé à partir du concept GPS sont dus aux lacunes des normes ou à leurs diver-
(spécification géométrique du produit) fait apparaître des normes gences de l’une à l’autre.
En 1996, un comité technique est créé, le TC 213
conceptuelles nécessaires à l’homogénéisation des normes
(TC : comité technique) ; il est chargé des « spécifica-
applicatives. Parmi ces normes conceptuelles, l’ISO - tions dimensionnelle et géométrique des produits ».
de juin , qui permet de comprendre l’évolution des normes Ce comité travaille à partir d’un outil de programma-
applicatives, l’ISO de janvier et son amendement, tion et d’analyse mis au point sous forme de matrice :
la matrice GPS. Celle-ci a pour but de visualiser les
ainsi que l’ISO , qui doit être publiée très prochainement.
normes existantes, pour chaque caractéristique dimen-
L’objet de cet article est non pas de décrire de façon exhaustive sionnelle, macrogéométrique ou microgéométrique,
le contenu des normes présentées, mais d’en donner les axes allant du langage graphique à l’exigence de l’appareillage
directeurs. Pour plus d’informations, il est nécessaire de consulter de mesure, en passant par des définitions univoques
et des procédures de mesure.
les normes elles-mêmes.
Concept GPS
!!$&
+$& *&
$!,! #&( $!,!
',!
, ',!
#%&
Concepts généraux
Remarque :
La collection d’éléments idéaux appartient à l’une de ces sept
classes.
Remarque :
La représentation même de la surface réelle du composant (skin
modèle) est une filtration par l’outil de description, la photographie. Sa
représentation peut conduire à faire émerger de faux concepts. Afin de
donner une « image » des surfaces réelles du composant, l’illustration a Cylindre idéal 1 Cy2b
est une photographie . b Cylindre idéal 2
Les opérateurs
Pour définir correctement une spécification dimension-
L’extraction : identifier un nombre fini de points nelle ou géométrique, il est nécessaire que le concepteur
produit et le métrologue utilisent la même démarche
conduisant à utiliser six « opérations » basées sur les
différents groupes d’éléments.
Les groupes d’éléments sont les éléments idéaux
(définis par leur type, leur classe et leurs caracté-
ristiques) et les éléments non idéaux (les éléments
intégraux ou dérivés, extraits ou réels).
Les opérations sont la partition, l’extraction, le fil-
L’association : ajuster un élément idéal à un élément non idéal trage, l’association, la collection et la construction ;
l’ensemble de ces opérations est détaillé dans la norme
ISO 22432 à paraître [7] :
L La partition permet d’obtenir des éléments non
CY1a
idéaux bornés à partir de la « peau » du composant
CY1a (skin modèle) .
a Cylindre idéal 1
L L’extraction permet d’identifier un nombre fini de
b Cylindre idéal 2
CY2b CY2b points à partir d’un élément, selon des règles spéci-
L
fiques .
L Le filtrage permet de distinguer la rugosité, l’ondu-
lation, la structure et la forme, etc.
La collection : considérer ensemble des éléments L L’association permet d’ajuster un ou des éléments
idéaux à un ou des éléments non idéaux, selon des
règles spécifiques appelées critères .
L La collection permet de considérer et d’identifier
ensemble des éléments qui, conjointement, jouent un
PL1a rôle fonctionnel .
a Plan idéal 1
L La construction permet de construire un ou des
b Plan idéal 2
éléments idéaux à partir d’autres éléments .
PL2b Toutes ces opérations permettent d’exprimer les
spécifications par dimension ou par zone ; elles per-
La construction : construire un élément idéal mettent de définir les procédures de mesure cohérentes
à partir d’autres éléments et univoques pour le métrologue.
SEPTEMBRE-OCTOBRE 2007 TECHNOLOGIE
Que retenir de cette norme ? Les opérateurs permettent d’obte-
Cette norme est basée sur l’expression Élément intégral nominal nir l’élément dérivé extrait à partir
d’opérations appliquées aux éléments idéaux de l’élément intégral extrait (cf. norme
et non idéaux. Elle définit trois familles ISO 17450-1 – annexe A3 a).
d’éléments géométriques (idéaux, non
idéaux et limités), six types d’opérations Élément dérivé nominal Les éléments associés
(partition, extraction, filtration, collection, L’association permet de construire des
association et construction), des caracté- La géométrie idéale éléments intégraux, des éléments dérivés
ristiques intrinsèques d’un élément idéal, directement associés ou indirectement
des caractéristiques de situation entre des associés. Les éléments associés sont des
éléments, et des conditions qui définissent éléments idéaux.
un intervalle dans lequel doit se trouver Élément intégral réel L’élément dérivé directement associé
une dimension (caractéristique). (élément réel) est l’élément dérivé nominal issu de l’élé-
Cette norme offre un langage qui permet ment intégral nominal associé à l’élément
une représentation formelle des informa- intégral extrait .
tions pour les activités de conception, de L’élément dérivé indirectement associé
fabrication et de contrôle intégrant une L’« image » du skin modèle est l’élément géométrique (droite) asso-
vue réaliste des composants. Ce langage cié à l’élément dérivé extrait .
déclaratif pour la spécification et la véri-
Élément intégral extrait
fication géométriques des produits fait
partie d’un modèle, le modèle Geospelling Un langage complexe ?
(model for geometrical specification and La description des pièces mécaniques
verification) [13] . lors des différentes phases de concep-
Élément dérivé extrait tion, de fabrication et de contrôle s’ap-
Une norme complémentaire : puie sur des modèles de représentation
ISO 14660 La géométrie non idéale d’une géométrie idéale pour laquelle dif-
Pour compléter les termes et définitions férentes activités de modélisation et de
relatifs aux éléments idéaux et non idéaux, Élément intégral associé simulation se sont développées, notam-
la norme ISO 17450-1 n’est pas suffisante ; ment autour de la maquette numérique.
il est nécessaire de consulter la norme La limitation des défauts géométriques
Élément intégral extrait
ISO 14660. des pièces est aujourd’hui largement
Les termes et définitions développés développée par les normes GPS sous
Élément dérivé
dans cette partie sont liés aux éléments directement associé forme d’informations graphiques. Les
intégraux et aux éléments dérivés : définitions et termes précédents per-
L L’élément intégral est une ligne ou une L’élément dérivé directement associé mettent une communication entre les
surface. différentes applications métiers de la
L L’élément dérivé est un centre, une représentation du produit, dont l’activité
ligne médiane ou une surface médiane Élément intégral extrait est fondamentale. Cette communication
provenant d’un ou de plusieurs éléments dépend fortement de la sémantique des
intégraux. Élément dérivé extrait données échangées, de leur pérennité,
Pour illustrer les définitions, l’exemple de leur partage et des possibilités de
Élément dérivé
choisi est un cylindre. indirectement associé les réutiliser. Les normes conceptuelles
présentées dans cette première partie
L Dans le cas d’éléments idéaux
L’élément dérivé indirectement associé témoignent de l’importance de définir
Les deux termes (élément intégral et élé-
une communication robuste, dont le lan-
ment dérivé) sont complétés par le mot
gage déclaratif s’appuie sur des termes et des défini-
« nominal » .
tions exploitables dans les normes applicatives tant
L Dans le cas d’éléments non idéaux au niveau de la conception du produit qu’au niveau de
Seul l’un des deux termes est complété par le mot la métrologie.
« réel » . L’élément intégral réel (ou encore l’élément Alors, est-ce un langage complexe ? Je ne le pense
réel) est un élément intégral consécutif de la surface pas, car il manquait entre ces normes applicatives des
réelle de la pièce, limité par des éléments intégraux réels liens, une homogénéité dans les termes et les défini-
adjacents. Il n’existe pas d’élément dérivé réel. L’expres- tions, que des « experts » compensaient par un « méta-
sion « axe réel de la surface réelle » n’a aucun sens. langage » divergeant des normes ISO/GPS.
Les deux termes sont complétés par le mot «extrait» . Ce langage normatif ne complexifie pas, il introduit
L’extraction permet d’obtenir l’élément intégral une plus grande cohérence dans la spécification des
extrait à partir de l’élément intégral réel. caractéristiques.
TECHNOLOGIE SEPTEMBRE-OCTOBRE 2007
Principe de tolérancement de base
ISO 8015 – 1985
Tolérancement géométrique Tolérancement des localisations Principe du maximum de matière
ISO 1101 – 1983 ISO 5458 – 1998 ISO 2692 – 1988
Zone de tolérance projetée Cotation et tolérancement des cônes Référence spécifiée et systèmes de références
ISO 10578 – 1992 ISO 3040 – 1990 ISO 5459 – 1981
Cotation des pièces non rigides Tolérancement des profils Tolérancement des arêtes
ISO 10579 – 1993 ISO 1660 – 1988 ISO 13715 – 1999
10 normes de base pour le concepteur produit [14]
Caractéristique
Éléments et tolérances Symbole Paragraphe Tolérances Caractéristique Symbole Référence
tolérancée associée Paragraphe
Éléments isolés Tolérances Rectitude 14.1 Forme % ,),-
"
de forme $
), "
Planéité 14.2
) -
), "
Circularité 14.3
/
)
), "
Cylindrité 14.4 $0
-
)( "
Éléments isolés Forme d’une ligne $0
-- "
ou associés quelconque
Orientation $
) #-)
Forme d’une surface $*
) -
), #-)
quelconque
)) #-)
Éléments Tolérances Parallélisme 14.7 $0
-
)( #-)
associés d’orientation
Perpendicularité 14.8 $0
-- #-)
Remarque importante :
B Le signe « × » ne donne pas lieu à une collection d’éléments
(groupe d’éléments). Il permet simplement de ne pas recopier le lan-
gage graphique sur chaque surface faisant l’objet d’une spécification
+ 0,005 A de forme. Il ne faut pas confondre la fonction technique élémentaire
3 alésages 16 – 0,010
0,1 B avec la syntaxe d’un langage graphique. Dans l’exemple de la figure ,
0,02 A le « 3 » avant la caractéristique dimensionnelle de l’alésage ne donne
0,02
L A aucunement lieu à une collection (d’éléments ayant le même rôle
fonctionnel).
C
Lorsque que les deux éléments de la figure ont le
Éléments (simples) – sujet du concours externe de PLP même rôle fonctionnel, les éléments ne font qu’un, un
option productique 2005 groupe, une collection d’éléments.
La norme 1101 de 1983 reste principalement limitée
Zone commune
aux éléments simples (simple ≠ collection), sauf dans
le cas de la notion de zone commune.
0,1
Pour exprimer une caractéristique sur une collection
d’éléments, il faut utiliser une norme complémentaire,
la norme ISO 5458 de 1999, « Tolérancement des loca-
lisations ». En reprenant l’exemple du sujet du concours
de PLP (voir Technologie nos 141 et 142) de la figure ,
2× zone commune si les trois alésages ont le même rôle fonctionnel, c’est-
0,1 à-dire s’ils forment une collection (ou un groupe) d’élé-
ments, les spécifications sont celles de la figure .
Remarque :
La perpendicularité s’applique à un élément (simple) et non au
La collection d’éléments groupe (afin de montrer la différence entre les syntaxes graphiques).
+ 0,005 3× A
3 alésages 16 – 0,010
L Pour le cas a, le « 3s » signifie à la fois la répétition 0,1 A B (1)
des spécifications lorsqu’elles ne sont pas rattachées 0,02 A (2)
aux deux autres alésages (ISO 1101) et la collec- 0,02 L A (3)
tion (ISO 5458) d’éléments pour les spécifications
nos 1 et 3. a Collection d’éléments selon C
L Pour le cas b, le « 3s » signifie simplement la répé- les normes ISO 1101 (1983) et ISO 5458 (1998)
tition des spécifications lorsqu’elles ne sont pas ratta-
chées aux deux autres alésages. Il n’y a pas d’ambiguïté
sur la notion de collection lorsque l’opérateur CZ se
trouve dans la case de la tolérance.
o
L Dans les deux cas, la spécification n 2 concerne un
B
élément simple (≠ collection). Le « 3s » signifie sim-
plement la répétition des spécifications lorsqu’elles ne
sont pas rattachées aux deux autres alésages.
Cela ne doit pas inciter le lecteur à abandonner la + 0,005 3× A
3 alésages 16 – 0,010
0,1 CZ A B (1)
norme ISO 5458 : lorsque les fonctions techniques
0,02 A (2)
0,02 CZ L A (3)
Couvercle
élémentaires conduisent à caractériser une collec-
tion d’éléments, elle reste d’actualité. Néanmoins, ces
remarques témoignent pour l’intégration à court terme
de cette norme dans la norme ISO 1101.
Deux profils de surface en zone commune
L’amendement de la norme 1101
L’amendement de la norme provient principalement de
la volonté de spécifier directement sur le composant
en 3D. Les travaux menés sur le moteur M9 (Renault),
entre autres, ont conduit à s’interroger sur l’évolution
du langage graphique .
Cet amendement apporte des compléments à la
norme 1101 quant à la représentation graphique du
langage dans le cas d’une expression sur un modèle 3D.
a A b A [SL] c A [PT]
L’élément de référence L’angle fixe
spécifiée A de la surface Les modificateurs et la référence spécifiée A simple
réputée conique
L Dans le cas d’une surface nominale conique L Dans le cas d’un plan médian
L’élément de référence spécifiée A est une surface Pour illustrer l’intérêt des degrés d’invariance dans la
réelle, un « cône » avec des défauts, ou encore une sur- mise en œuvre des éléments de situation, prenons pour
face réputée conique . exemple l’élément de situation issu de la taille d’un
Quant à la surface associée, la surface conique, son biplan (deux plans parallèles en vis-à-vis) .
angle est-il libre ou fixe ? La classe d’invariance d’un plan est de 3. La classe
Reprenons la classe d’invariance d’une surface. Si d’invariance d’un biplan est aussi de 3, que les deux
l’angle de la surface conique est libre, il peut varier : plans en vis-à-vis soient confondus ou distants. Le plan
– Pour un angle à 0°, le cône devient une droite dont
la classe d’invariance est 2.
A
– Pour un angle à 180°, le cône devient un plan dont
la classe d’invariance est 3.
– Pour un angle différent des deux premiers, le cône
a pour classe d’invariance 1.
Le degré d’invariance donne la nature de la mobi- Un élément de référence spécifiée, le biplan
lité de la surface dans l’analyse du mécanisme, et il ne (deux plans parallèles en vis-à-vis)
La notion de classes d’invariance, issue des termes La mise en commun des éléments de référence
et définitions de la norme « Concepts généraux –
partie 1 : Modèle pour la spécification et la vérification
géométriques » [5] , permet de réviser la norme 5459.
D’autres points seraient à développer quant aux apports
majeurs de cette révision…
L La référence simple
L’association est faite sans contrainte par rapport à
d’autres éléments géométriques. 0,1 CZ
L La référence commune
A
L’association est faite en respectant des contraintes
d’angles et de distances entre les éléments associés
constituants (sauf indication contraire).
Remarques : A
La mise en commun de deux références spécifiées de type plan A
ne donne pas une droite, comme le laisse entendre la précédente ver-
sion de cette norme a, mais bien deux plans contraints en orientation Quelle est la signification de la référence spécifiée ?
A-B
B A a
b
!
# "
#
$
La référence commune
10 10 ± 0,1
L La règle 4
B
Par défaut, la distance entre deux références partielles
est fixe . Dans certains cas, il peut être nécessaire A
S 10
de définir certaines distances variables, lorsque
les références partielles sont prises sur une entité
dimensionnelle, dont la distance doit être variable lors
de l’association .
Remarque : 30
A1
Pour définir la mise en position partielle d’un pied de bielle
dans un vé, l’expression de l’élément de référence conduit à utiliser 0,1 A B [CF]
La syntaxe de
des références partielles dont la distance est variable . Ce constat la référence partielle
permet de spécifier les pièces dans les états intermédiaires du processus pour une distance [CF] élément de contact (Contacting Feature)
de production [16] . variable
gner l’élément de situation : point), [SL] (pour désigner
L La règle 6 l’élément de situation : droite) et/ou [PL] (pour dési-
« Lorsque l’élément à associer à la surface n’est pas du gner l’élément de situation : plan). »
même type que l’élément sur lequel il est établi, la réfé-
rence spécifiée utilisée doit être suivie du modificateur L La règle 11
[CF], pour contacting feature (élément de contact). » « Par défaut, dans une référence commune, les distances
entre les éléments constituants sont fixées, pour les
Remarque : rendre variables un modificateur est introduit, il s’agit
Dans les boîtes de vitesses, il est fréquent de mettre en position du modificateur [VD] (distance variable). »
axiale une commande interne à l’aide d’un contact de type sphère. Dans l’exemple de figure , les différents modificateurs
Écrire une exigence fonctionnelle ayant pour élément de référence témoignent de la pertinence des différentes règles.
la surface sphérique du composant assemblé au composant étudié L’exemple des figures et permet de faire le lien
devient possible par l’emploi du modificateur [CF] . entre le contrat de phase [16] dont les caractéristiques
des surfaces actives sont définies avec le langage GPS
L La règle 7 et la fiche de description du posage utilisant la symbo-
« Si un groupe d’élément de même type sert à établir lisation simplifiée des prises de pièces [18] .
une référence commune, alors il est possible de sim-
plifier l’écriture. » Que retenir de cette norme ?
La version à paraître est une évolution majeure néces-
L La règle 8 saire à la prescription des exigences fonctionnelles.
« Si une référence (simple ou commune) consiste à Les onze règles présentes sont explicitées dans leurs
exprimer l’ensemble des éléments de situation, alors utilisations au niveau tant de la lecture que de l’écri-
aucune indication complémentaire n’est à préciser, sinon ture des références spécifiées et des systèmes de
il convient d’indiquer après la lettre de l’indication de références spécifiées. Le lecteur ayant l’habitude d’uti-
la référence spécifiée le modificateur [PT] (pour dési- liser la version de 1981 risque d’être fort déstabilisé
TECHNOLOGIE SEPTEMBRE-OCTOBRE 2007
par cette nouvelle version.
A1
Faire un choix, c’est avant A A1 B B1
tout accepter de perdre
quelque chose…
°
Pour le concepteur pro-
duit qui s’appuie sur l’ana-
lyse fonctionnelle technique
pour caractériser la pièce
au travers de la fonction (A-B) [VD] [CF] B1
technique élémentaire,
cette évolution répond à ses Distance variable pour la construction Le schéma du montage [17]
attentes. L’emploi de la de la référence spécifiée commune
référence spécifiée sur une
surface conique est déjà inscrit dans les pratiques de teur, le concepteur produit, le concepteur méthode ou
certaines entreprises depuis 2001 [14] . le concepteur métrologue peuvent alors interpréter une
spécification. Le constat est que chacun a son inter-
prétation, forcément différente de celle des autres. Il
Interprétation ou signification ? faut donc proscrire toute interprétation dans la spé-
Les textes des normes font l’objet de réflexions de la cification d’exigence fonctionnelle.
part de groupes d’experts dont la volonté est de définir Reprenons l’exemple de la référence secondaire
des règles, des termes et des définitions qui font sens. contrainte en position . Si l’analyse fonctionnelle
Lorsque ce sens n’est pas suffisamment robuste, le lec- conduit à cette prescription, dans l’état de l’art de
la norme, il faut ajouter un nota de façon à ne lais-
ser aucune interprétation possible à quelque niveau
Bibliographie que ce soit.
[1] CONTET (F.), « Opérateur de normalisation à votre service », journée UNM-Cetim Mettre en œuvre une formation sur le tolérancement
« Cotation ISO : les nouvelles normes, quelles conséquences ? », 2005 géométrique en développant la notion d’interprétation
[2] GPS – Spécification géométrique des produits, recueil de normes, 11e éd., Afnor, 2002 des normes conduit à dénaturer le sens même des docu-
[3] ISO/TR 14638 : « Spécification géométrique des produits (GPS) – Schéma directeur », ments normatifs et des actions menées par les norma-
Afnor, 1995
lisateurs. Le terme « interprétation » est à proscrire,
[4] CHARPENTIER (F.), CHEP (A.), « GPS ou un processus d’ingénierie simultanée », module
de formation de 2e année, IUFM de Créteil, 2003
le terme « signification » est préférable.
[5] ISO/TS 17450-1 : « Spécification géométrique des produits (GPS) – Concepts généraux
– partie 1 : Modèle pour la spécification et la vérification géométriques », Afnor, 2005
[6] ISO 14660-1 : « Spécification géométrique des produits (GPS) – Éléments géométriques Conclusion
– partie 1 : Termes généraux et définitions », Afnor, 1999 La démarche normative liée à la spécification géométrique
[7] ISO/DIS 22432 : « Spécification géométrique des produits (GPS) – Éléments utilisés des produits s’efforce de donner des outils permettant
dans la spécification et la vérification », Afnor (à paraître) de répondre à des problématiques de conception, de
[8] CHARPENTIER (F.), DUMÉNIL (J.), PRENEL (J.-M.), « Le TAFT, un outil pour la capitalisation production et de métrologie. Les normes évoluent avec
de l’AFT », Technologie, no 148, mars 2007
les prescriptions des exigences fonctionnelles identifiées
[9] SRINIVASAN (V.), « A Geometrical Product Specification Language Based on Classification
of Symmetry Groups », Computer-Aided Design, vol. 31, no 11, Elsevier, 1999, p. 659-668
par le concepteur produit lors de la conception de sa
[10] CLEMENT (A.), « Resolution of Positioning Solids », Annals of the CIRP, vol. 40, 1991 pièce, mais pas seulement. Mettre en place une spéci-
[11] CHARPENTIER (F.), MERY (B.) « Métrologie mécanique », cours et travaux dirigés de fication sur une surface d’une pièce est une déclaration
1re année, IUFM de Créteil, 1994, chap. 1, p. 11-13 d’engagement sur les variations de la surface réelle,
[12] MATHIEU (L.) « CGP, contrôle géométrique des produits », cours de 1re année, formation mais surtout un témoignage de l’analyse fonctionnelle
Ingénieurs 2000, ESCPI/Cnam, 1999 technique, et de tous les outils périphériques (chaînes
[13] MATHIEU (L.), BALLU (A.), « Geospelling : a Common Language for Specification and de cotes, gravité…). Enrichir le langage découle des
Verification to Express Method Uncertainty », Proceedings of 8 th CIRP Seminar on Computer analyses effectuées tant en amont sur les fonctions
Aided Tolerancing, Charlotte (USA), 2003
techniques élémentaires [8] qu’en aval sur les retours
[14] « Formation aux normes ISO de tolérancement », cours version 3.0, Renault SAS,
2001 d’expérience, en production et en métrologie.
[15] BUYSSE (D.), « 3D tolerancing – FD&T », Renault SAS, 1998 Lorsque des pratiques et des outils sont mis en place,
[16] CHARPENTIER (F.), CHEP (A.), FERNANDEZ (B.), « Influence des normes GPS sur l’élaboration il est toujours difficile de les remettre en cause. Mais
des documents de fabrication », Séminaire national de Levallois-Perret, 2000 l’évolution des normes permet de gagner en qualité,
[17] VINCENT (R.), « Références spécifiées et système de références spécifiées – Possibilités en coût et en délais (QCD). L’élaboration des normes
offertes par la future norme ISO 5459 », journée UNM-Cetim « Cotation ISO : les nouvelles repose sur les contributions de tous les acteurs éco-
normes, quelles conséquences ? », 2005 nomiques. N
[18] NF E 04-013 : « Dessins techniques – Dessins d’opérations – Symbolisation simplifiée
des prises de pièces », Afnor