Industrialiser la production spatiale commence durant la phase de prototypage

Lorsque nous ne produisions qu’un satellite tous les 2 ou 3 ans, un problème détecté en production était réglé par les ingénieurs, sans que cela n’impacte les coûts ou délais de livraison. Et cela fonctionnait ! Certains de ces satellites sont toujours en service, bien au-delà de leur durée de vie prévue.

Dans le NewSpace, une seule entreprise livre désormais plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines de satellites par an. Si un ingénieur doit intervenir sur chaque satellite, le modèle ne tient plus à cette cadence et chaque unité coûte (beaucoup) plus cher à produire.

J’ai donné une conférence sur ce sujet à SmallSat, dans l’Utah. J’y ai expliqué ma vision pour que les industriels du spatial puissent passer plus vite du prototype à l’échelle.

L’industrialisation de la production spatiale se joue en grande partie avant la première unité de série. Cet article en reprend les points principaux.

• Adopter DFMAIT (Design for Manufacturing, Assembly, Integration, and Testing) pour que votre conception inclut les contraintes de production au même titre que la performance et les tolérances.
• Faire mûrir vos processus AIT au rythme du développement produit, pour que la production hérite d’un processus opérationnel lors du transfert plutôt que d’avoir à le reconstruire.
• Digitaliser avant d’automatiser, afin de prioriser vos investissements d’automatisation sur les étapes les plus longues et/ou coûteuses.

Votre cadence de production se joue dès la conception

Le cycle en V récompense les ingénieurs pour la conception, mais pas pour la cadence de production. Dès lors, si la performance est la seule métrique considérée durant la conception, la production en pâtit. Un matériau plus performant mais moins manufacturable (ex : plus difficile à intégrer ou à tester, plus long à approvisionner, …) sera privilégié. Or ces choix se cumulent et suffisent à ajouter des dizaines d’heures à chaque unité produite ainsi qu’à faire monter votre taux de rebut avec elles.

Le Design for Manufacturing, Assembly, Integration and Test (DFMAIT) permet de combler cet écart. En plus de la performance, vous considérez aussi la simplicité, la fiabilité et la répétabilité, pour produire plus vite et à moindre coût. Vous sacrifiez peut-être un peu de performance, mais vous la récupérez en produisant des unités fiables et reproductibles à cadence élevée.

Adopter le DFMAIT requiert de suivre des principes de design agile, à l'opposé du cycle en V :

• Construire un prototype fonctionnel le plus vite possible, le caractériser et compenser… Puis recommencer. Ne surtout pas attendre la tolérance parfaite.
• Utiliser l’analyse paramétrique pour identifier les paramètres les plus sensibles : construire des prototypes avec différents procédés de fabrication, tester, comparer puis itérer.
• Recueillir les retours de l’atelier à chaque itération, pour améliorer la conception.

Pour approfondir cette approche agile, vous pouvez aussi lire la synthèse de notre table ronde avec ThrustMe, l’ESA, Airbus et EDGX : What Breaks When Space Manufacturing Scales.

Votre vitesse d’industrialisation est déterminée par vos processus d’ingénierie

La maturité d’un nouveau produit spatial progresse par paliers : Breadboard, Engineering Model (EM), Qualification Model (QM), Flight Model (FM), petites séries puis grandes séries. Vos processus AIT doivent progresser avec elle.

Sinon, vous vous retrouvez dans la situation dans laquelle :

• Les commandes clients arrivent.
• Les procédures AIT sont partiellement documentées, le reste étant dans la tête des ingénieurs.
• Les retours d’expériences ont été consignés dans des documents Word, voire sur papier.

Et lorsque les besoins de production montent, vous devez précipitamment écrire les procédures et recruter des opérateurs qualifiés capables de les exécuter.

Pour éviter cela, la solution est de faire évoluer vos processus d’ingénierie sur trois points :

• Vos données comptent parmi vos actifs les plus critiques pour l’avenir. Convaincre vos ingénieurs de les centraliser et de les structurer dans un format cohérent sera inestimable pour la suite.
• N’attendez pas le modèle de vol pour commencer à documenter vos processus. Encouragez plutôt vos ingénieurs à construire des blocs modulaires de procédures AIT, qui composeront progressivement le processus de production complet.
• Allégez leur charge. Les ingénieurs sont sous pression et sollicités de toutes parts. Aidez-les à automatiser leurs propres scripts et investissez tôt dans l’automatisation du tracé des courbes, de l’évaluation et de la génération des rapports. Ce dernier point peut faire gagner des heures chaque semaine.

Digitaliser tôt afin de capturer tous les retours d’expériences

Certains industriels sont tentés de passer tout de suite au tout automatisé. Mais sans données pour vous guider, vous automatisez à l’instinct. Or cela vous guide à choisir les étapes qui semblent lentes plutôt que celles qui vous coûtent le plus cher.

La solution ? Digitalisez d’abord. Ainsi, chaque étape AIT est exécutée puis enregistrée : nom de l’opérateur, durée d’exécution, mesures, non-conformités, … Vous capturez ainsi toutes les informations dont l’équipe de design a besoin pour améliorer la fabrication et l’AIT, puis pour décider où l’automatisation sera rentable :

• Les étapes qui génèrent le plus de non-conformités
• Les étapes qui prennent le plus de temps
• Les étapes que seuls vos ingénieurs les plus expérimentés savent exécuter

Automatisez ensuite l’étape en tête de liste, mesurez de nouveau puis passez à la suite. Chaque étape finance la suivante. L’industrialisation devient dès lors une charge d’exploitation que vous étalez dans le temps, plutôt qu’un investissement unique à justifier d’emblée.

Digitaliser permet aussi de ne pas perdre les retours d’expériences. Les ingénieurs changent de programme et d’entreprise, mais si les données de caractérisation et les leçons apprises vivent dans un système partagé, elles seront faciles à parcourir et exploiter. Une défaillance sur l’unité 300 sera aisément liée aux mesures de conception permettant d’accélérer l’identification de l’origine du problème. En revanche, si ces données sont stockées dans des dossiers personnels, la même investigation pourra prendre des jours.

Quelques principes rendent cela possible :

• Mesurez la durée de chaque étape dès le premier modèle, même lorsque l’étape est entièrement réalisée manuellement.
• Automatisez une étape à la fois et re-mesurez avant d’attaquer la suivante.
• Forcer l’utilisation des procédures numériques. Si un opérateur peut encore exécuter une copie papier, vos données seront partielles.

Quel est le goulot d’étranglement de la montée en cadence pour l’écosystème ?

Dans la salle, un participant m’a demandé quel était le goulot d’étranglement pour permettre à la filière de passer à des milliers de satellites produits annuellement.

Ma réponse, ceci requiert un changement de mentalité. Pour les ingénieurs qui ont conçu des composants et satellites spatiaux de la même manière tout au long de leur carrière, leur demander de faire autrement relève d’un changement culturel qu’aucun logiciel ne peut résoudre. Ce travail n’apparaît sur plan projet, alors qu’il constitue le délai le plus long de la plupart des programmes d’industrialisation.

Pour en apprendre plus sur cette transformation, lisez le témoignage d’Anywaves. Ils ont débuté sans usine, avec un technicien RF. Aujourd’hui, ils conçoivent leurs processus depuis Toulouse et les déploient sur 3 sites de production répartis sur deux continents.