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Usine de meubles du futur - technologie

 

 

M. Martin Caron, M. Sc. - CRIQ
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L'industrie québécoise du meuble fait face à un danger clair et immédiat. Depuis 2002, l'appréciation du dollar canadien conjuguée à l'importation américaine de meubles asiatiques a fait subir aux entreprises québécoises de meubles une pression importante. Les exportations canadiennes de meubles ont plafonné et montrent même des signes de diminution, tandis que les importations américaines de meubles asiatiques ont décuplé.

Les entreprises québécoises ont peu performé en ce qui concerne les investissements en recherche et développement. En 2000, la dépense moyenne en recherche et développement dans une PME (moins de 200 employés) est de 295 k$ au Québec, comparativement à 431 k$ en Ontario. La recherche exécutée en milieu industriel est souvent perçue comme étant une activité coûteuse plutôt réservée à la grande entreprise. En 2000, 58 % des 4 492 entreprises québécoises ayant effectué de la recherche ont dépensé moins de 100 k$, une proportion qui augmente à 74,9 % en haussant ce seuil à 200 k$.

Pour répondre au défi, un consortium s'est formé en un Partenariat de recherche pour l'industrie du meuble (PARIM). Cette alliance comprend Forintek Canada Corp., l'Université Laval, l'Université du Québec à Trois-Rivières (UQTR), le Centre de recherche industrielle du Québec (CRIQ) et l'École nationale du meuble et de l'ébénisterie (ENME). Dans le cadre de ce partenariat, Forintek Canada Corp. a lancé une série de travaux visant à définir l'« Entreprise de meubles du futur » et a mandaté le CRIQ afin de réaliser les travaux portant sur l'aspect technologique.

Des pistes de solutions ont été répertoriées, approfondies et priorisées. Les résultats démontrent que la réaction devra être vive et basée sur plusieurs actions simultanées. Heureusement, plusieurs pistes de solutions s'offrent aux manufacturiers québécois et sont présentées dans ce rapport. Elles passent toutes par l'intégration des nouvelles technologies et des nouvelles techniques de fabrication dans une optique d'obtenir une usine de meubles du futur la plus flexible et agile possible.

L'intégration de la technologie, et ce, à plusieurs niveaux, sera nécessaire à la survie de l'industrie de fabrication de meubles québécoise. Les préceptes du génie industriel devront être appliqués afin d'en arriver à produire au plus bas coût, dans les plus brefs délais et selon les spécifications des clients. Les fabricants devront se détacher des opérations qui consomment temps et argent à tous les niveaux de leur opération. Le contrôle de qualité devra être intégré, autant aux opérations d'usinage que d'assemblage. La vision artificielle et les procédés de vérification automatisés devront être priorisés.

La technologie doit supporter la transformation de l'industrie; les équipements intégrés à l'usine du futur doivent être développés afin de s'intégrer aux cellules de travail. Ces équipements devront se détacher des préceptes normaux de fabrication (produire plus rapidement) et offrir une plus grande flexibilité, c'est-à-dire pouvoir produire de petits lots de pièces, sans temps de mise en course, et en minimisant les étapes de calibrage. L'agilité et la flexibilité seront les principaux indicateurs de performance et de réussite de l'entreprise de fabrication de meubles du futur

L'ajout d'un système de commercialisation basé sur les technologies d'Internet offre un potentiel important pour les fabricants de meubles. Le fabricant peut vendre des produits personnalisés sur Internet, offrant ces produits avec une certaine prime (coût de personnalisation), tout en sauvant les coûts normaux imposés par le système de distribution normal. De plus, le fabricant peut continuer à profiter de ses réseaux de distribution pour ses lignes de produits normaux.

L'ensemble des technologies présentées ont été priorisées par les manufacturiers parmi une liste plus exhaustive des technologies existantes. La vision numérique (détection des défauts, classification couleur et qualité de surface), les capacités de calcul informatiques actuelles, les technologies d'optimisation et les nouveaux procédés d'usinage, de collage et de contrôle de qualité s'unissent dans le concept d'usine de fabrication de meubles du futur. Ces technologies doivent servir à spécialiser les fabricants et leur donner une plus grande rentabilité en tant que gros fournisseurs spécialisés. Ces technologies doivent aussi permettre à de plus petits manufacturiers de produire de petits lots de meubles en minimisant leur délai de fabrication et leur besoin en main-d'oeuvre.

Cette transformation a déjà été effectuée partiellement dans les secteurs du meuble de bureau et de l'armoire de cuisine. Les industries du meuble en panneaux et en bois solide doivent suivre. Pour ce faire, un changement majeur devra se produire et un nouvel intervenant devra apparaître dans le domaine du bois solide : le fournisseur de panneaux en bois solide.

Cette entreprise devra être bâtie sur une stratégie de fournisseur très compétitif (automatisée), où la récupération est maximale, qui lui permettra de fournir plusieurs entreprises.

Le fournisseur de panneaux en bois solide devra transformer la matière, les planches de bois classées selon les règles de la NHLA, et en faire un produit standard et utilisable rapidement. Les panneaux générés seront de dimensions fixes (ex : 4 pi x 8 pi) et de couleurs standards et ne contiendront aucun défaut inconnu. En contrôlant la dimension des pièces entrant dans la composition des panneaux, la position des joints sera connue et égale pour chaque panneau. L'optimisation de la découpe de panneau devra tenir compte de ce joint (qui peut être central ou être au tiers de la surface selon la dimension des pièces) dans les grades des pièces découpées.

Par la suite, les fabricants de meubles en bois solide pourront utiliser les technologies de fabrication du panneau et les mêmes paradigmes qui ont servi le secteur du meuble de bureau. Optimiser le débitage des meubles en fonction de panneaux de 4 pi x 8 pi (32 PMP), dont la couleur et la forme sont connues, au lieu de débiter sur des planches de dimensions variables, contenant des défauts variables.

Le fournisseur de panneaux en bois solide utilisera les technologies de l'usine du futur. Il doit pouvoir recevoir les commandes en ligne de la part de ses donneurs d'ordres. Il doit pouvoir comprendre la codification couleur des pièces qu'il aura à produire et, ensuite, débiter les pièces en faisant une classification couleur sur les planches de bois . Il doit pouvoir débiter les planches avec un optimiseur deux axes afin de maximiser l'utilisation de sa matière première. Par la suite, il devra jointer les pièces de bois afin d'en faire des panneaux solides, possiblement en utilisant un four à radiofréquences pour curer la colle plus rapidement en ligne. La position des défauts de surface sur les pièces serait connue et pourrait être transférée à un système de réparation automatique des défauts de surface afin d'en faire des pièces utilisables. La récupération matière obtenue serait maximale et tout le procédé pourrait être fait entièrement en ligne.

Plan potentiel pour l'usine du futur pour la fabrication de panneaux en bois solide.

Dans les technologies clefs dans la réalisation de ce but, les T.I.C. occupent la place maîtresse. Elles permettent d'acquérir un nouveau niveau de flexibilité et d'agilité, de répondre à une production sur commande, d'offrir un service de personnalisation aux clients et de faire l'intégration des services commerciaux et de la production. Les TIC permettent l'intégration d'équipements plus technologiques et rehaussent du même fait la perception de l'industrie du meuble en entier. Les TIC doivent devenir la pierre angulaire de la nouvelle usine de meubles du futur. Des alliances stratégiques utilisant les TIC seront requises entre fournisseurs et fabricants afin d'intégrer les planifications et les ventes et de réduire les temps de livraison des matières premières.

Les colles réactives doivent continuer à progresser, surtout en ce qui concerne leur prix et l'utilisation simple des agents catalyseurs. L'industrie doit resserrer ses normes en ce qui concerne le séchage afin d'ouvrir la porte aux technologies de collage par RF, réduisant significativement les temps morts causés par l'opération de panneautage. La recherche fondamentale doit progresser au niveau du soudage du bois pour l'amener à une application industrielle mature le plus rapidement possible. Pouvoir éliminer une partie substantielle des colles et des catalyseurs permettrait aux fabricants d'épargner des sommes significatives. Finalement, le soudage par friction doit progresser et s'intégrer dans un procédé automatisé afin d'en obtenir les bénéfices maximums.

La qualité et son contrôle sont devenus des préoccupations journalières pour les fabricants de meubles. Les préceptes du génie industriel doivent être intégrés à la fabrication de meubles, peu importe le secteur. Naturellement, la meilleure façon d'agir positivement sur son procédé de fabrication est d'en comprendre et d'en contrôler toutes les étapes (ou du moins, toutes les étapes critiques).

Dans l'optique d'automatiser la production et de diminuer les frais d'opérations dans l'usine de meubles du futur, l'assemblage et l'empaquetage devront utiliser des équipements de manutention flexibles et adaptatifs permettant de travailler des produits dimensionnellement variables sans mise en course.

Les pressions environnementales et les réglementations s'intensifient au niveau mondial. Les fabricants de meubles doivent affronter ces changements tout en réutilisant le plus possible leur matière première. En moyenne, environ 2,5 % du chiffre d'affaires des fabricants est consacré à la gestion des rebuts. Par une utilisation judicieuse et un contrôle intensif, il est possible de récupérer de 25 à 40 % de la matière ligneuse jetée ou perdue.

Dans la fabrication de meubles en bois solide, le débitage figure en tête de liste dans la répartition des dépenses. La matière première à elle seule représente dans ces cas, en moyenne, de 25 % à 35 % des dépenses totales encourues. L'utilisation d'un système de vision couplée à un logiciel d'optimisation deux axes au débitage permet l'intégration des opérations de débitage avec les systèmes de gestion de la production. L'utilisation d'un optimiseur deux axes permet d'augmenter l'utilisation de la matière première, de maximiser la valeur des produits obtenus et de diminuer la qualité du bois utilisé dans le procédé. Il permet aussi de classifier les pièces selon leur couleur et d'utiliser ces informations lors du débitage. Dans le secteur du meuble en panneaux, un logiciel d'optimisation du débitage avec des défauts pourrait apporter des gains significatifs à l'opération en utilisant des panneaux de moins bonne qualité.

L'usinage représente une portion très importante du temps total de fabrication dans les secteurs des meubles en bois solide, du panneau et des meubles de cuisine. L'intégration entre la gestion des lancements en production et les machines à commande numérique a été réalisée dans plusieurs secteurs. Cette intégration devra être soutenue et inclure les inventaires et les niveaux opérationnels pour le suivi en temps réel de l'usinage. Les temps de mise en course de l'usinage demeurent des enjeux majeurs, car, même dans un système de planification de matière première idéal, ces temps imposeraient des retards significatifs à la production. L'usine de meubles du futur devra pouvoir fonctionner avec des lots dont la taille est la plus réduite possible.

La perception humaine est biaisée. La notion même de la classification couleur repose sur des perceptions. Il y a des gains importants pour un fabricant de meubles à pouvoir classer automatiquement la couleur des pièces entrant dans la composition de ses panneaux sans intervention humaine. Le classement en couleurs et en largeurs des baguettes entrant dans la composition des panneaux peut apporter un gain de matière de l'ordre de 3 à 5 %. Le gain réel de la standardisation couleur et de la classification couleur repose dans la capacité de débiter les planches en connaissant au préalable leur couleur de fond, donc de dédier des pièces à une production précise (produit).

La finition de meubles est traditionnellement réalisée à l'aide de produits liquides appliqués avec un pistolet à air. De par leur impact environnemental négatif et leurs effets néfastes sur la santé, l'utilisation de ces produits est de plus en plus restreinte au niveau mondial. Les produits de finition à base de poudre sont de plus en plus utilisés et rentables dans l'industrie du meuble en panneau (MDF). Des lignes de finition à plat à curage par rayons UV ou d'autres agents catalyseurs sont utilisés afin de terminer la finition. Les produits de finition à base de nanoparticules commencent à évoluer et sont en développement constant.

Plusieurs recherches ont été effectuées dans le passé et ont démontré la capacité des lasers de faire la découpe dans des substrats composites tels que les panneaux MDF et la mélamine. Par contre, l'intégration de ces équipements a très peu ou n'a pas du tout été effectuée dans le milieu industriel du bois. De nouvelles technologies pour les lasers permettent maintenant de faire la découpe sans carbonisation de surface du bois solide, évitant ainsi toutes pertes causées par les traits de scie.

Une veille stratégique constante devra être effectuée sur le secteur meuble en entier. Les fabricants devront réagir rapidement aux tendances, pouvoir lire les changements dans le marché et réagir dans de courts délais.

Des systèmes automatisés d'optimisation du débitage utilisant la vision artificielle intégrés directement dans le procédé de fabrication et de commercialisation devront être perfectionnés et implantés. De gros fournisseurs de pièces et panneaux devront être créés dans tous les secteurs de la fabrication de meubles.

Des efforts additionnels devront être faits afin de minimiser les temps de mise en course au niveau des machines de l'usine de fabrication de meubles du futur. Le but est de réduire au minimum la taille des lots en production. Des équipements spécialisés, développés dans cette optique (plus petits lots, sans mise en course), devront être intégrés à une production cellulaire ou selon les technologies de débitage en panneaux.

Si vous désirez en connaître davantage sur les travaux en lien avec l'usine de meubles du futur, nous invitons à contacter :

M. Martin Caron, M. Sc.
Expert sectoriel
Deuxième transformation du bois/meuble
Développement de systèmes industriels

Article mis en ligne le 5 mai 2006