LE GEMMA

1- Introduction

Le GEMMA (Guide d'Etude des Modes de Marches et d'Arrêts) (Avril 81) : est un « outil-méthode » permettant de mieux définir les modes de marches et d'arrêts d'un système industriel automatisé :

• il est constitué d'un guide graphique qui est rempli progressivement lors de la conception du système ce qui permet de sélectionner et de décrire les différents états de marches et d'arrêts ainsi que les possibilités d'évoluer d'un état à un autre.
• Il matérialise l'analyse détaillée des modes de marches et d'arrêts du système ce qui entraîne que le Gemma est un outil d'aide à l'analyse.
• c’est un outil d'aide à la synthèse du cahier des charges.
• c’est un outil d'aide à la conduite de la machine, à sa maintenance ainsi qu'à son évolution.

2– Pourquoi un GEMMA ?

Le GEMMA répond à plusieurs besoins :

• Le besoin d'outils-méthodes :
• L’automatisation de la production exige la réalisation de machines automatiques de plus en plus complexes mais en même temps offrant plus de sécurité et une plus grande souplesse d'emploi.
• Le besoin d'un vocabulaire précis
• Le besoin d'une approche guidée

Le plus souvent, lors de l'étude d'un système automatisé ; le concepteur a besoin d'une approche guidée et systématique, pour tout prévoir dès l'étude et envisager les conséquences, tant pour la partie opérative que pour la partie commande du système à réaliser.

3- Principe de base du GEMMA

• Le Gemma complète le grafcet, en particulier pour préciser les modes de marches et d'arrêts, nécessaires à la machine.
• Le Gemma se présente sous la forme d'un guide graphique. Il propose des modes de marches et d'arrêts types choisis "selon les besoins de la machine".
• A chacun de ces modes de marches et d'arrêts correspond un "rectangle état" disposé sur le graphisme selon une structure précise.

4- Structuration du Gemma

La structuration du graphisme GEMMA répond aux trois préoccupations suivantes :

"PC hors énergie – PC sous énergie"

A gauche du graphisme Gemma figure une zone "PC hors énergie". Le reste du graphisme correspond à "PC sous énergie". En effet les modes de marches et d'arrêts ne peuvent être perçus et traités qu'en présence d'une partie commande en ordre de marche.

4.1- "Production – hors production"

Les "rectangles états" à l'intérieur des pointillés "production", correspondent à des modes de marches pour lesquels la machine produit.

4.2- Les familles de procédures

Chaque famille de procédures correspond à une zone du Gemma. On distingue trois familles:

• Les procédures de fonctionnement regroupant les états F, marches indispensables à la production. On ne produit pas forcément dans tous les états F, ils peuvent être préparatoires à la production, servir aux réglages, permettre les tests.
• Les procédures de fonctionnement regroupant les états A, arrêts normaux et procédures de remise en route.
• Les procédures en défaillance, regroupant les états D pris en cas de défaillance de la partie opérative.

5- Démarche de 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 matérialisés par un guide graphique. La démarche proposée comporte deux phases :

• le recensement des différents modes envisagés, et la mise en évidence des enchaînements qui les relient.
• La détermination des conditions de passage d'un mode à l'autre.

6- Les états de Marches et d'Arrêts dans le GEMMA

Le guide graphique GEMMA porte les "rectangles-états" dans lesquels seront exprimés les différents états de Marches et d'Arrêts (M/A) pris par la machine.

En pratique, pour une machine donnée, on ne choisira parmi les états proposés par le guide que ceux qui sont nécessaires et on précisera le nom de chacun des états retenus, à l'intérieur du "rectangle-état" correspondant. Pour effectuer ce choix, il est nécessaire de bien comprendre la signification de chacun des états de Marche/Arrêt proposés par le guide graphique.

6.1- Les états F

Ce sont les états de marches situés dans la zone "procédures de fonctionnement".

F1 <>

Dans cet état, la machine produit normalement : c'est l'état pour lequel elle a été conçues. 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 Production Normale ou grafcet de base.

F2

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 <>

C'est l'état nécessaire pour certaines machines devant être vidées, nettoyées, etc. en fin de journée ou en fin de série.

F4 <>

Cet état permet de vérifier certaines fonctions ou certains mouvements sur la machine, sans respecter l'ordre du cycle.

F5 <>

Dans cet état, le cycle de production peut être exploré au rythme voulu par la personne effectuant la vérification ; selon les cas la machine produit ou ne produit pas.

F6 <>

Les machines de contrôle, de mesure, de tri..., comportent des capteurs qui doivent être réglés ou étalonnés périodiquement, cet état permet ces opérations de réglage ou d'étalonnage.

6.2 - Les états 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 <>

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 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 <>

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 <>

La machine continue de produire jusqu'à un arrêt en une position autre que la fin du cycle. A3 est un état transitoire vers A4.

A4 <>

La machine est arrêtée en une autre position que la fin du cycle.

A 5 <>

Dans cet état, on procède à toutes les opérations nécessaires à une remise en route après défaillance (ex : dégagements, nettoyages...)

A6 <>

Dans cet état, on remet manuellement ou automatiquement la PO en position pour un redémarrage dans l'état initial.

A7 <>

Dans cet état, on remet la PO en position pour un redémarrage dans une position autre que l'état initial.

6.3 - Les états D

Ce sont les états de Marches et d'Arrêts situés dans la zone "procédures en défaillances de la PO".

D1 <>

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 précautions nécessaires pour vider ou limiter les conséquences dues à la défaillance.

D2 <>

C'est dans cet état que la machine peut être examinée après défaillance qu'il peut être apporté un traitement permettant le redémarrage.

D3 <>

II 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 <>.

7- Méthode de mise en œuvre du GEMMA

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 M-A sont prévus dès la conception et intégrés dans la réalisation.

7.1- Sélection des Modes de Marches et d'Arrêts :

La PO de la machine étant définie, aussi 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 M/A nécessaires ; deux préoccupations simultanées permettent d'aboutir facilement :

7.1.1- Envisager tous les "rectangles - états" proposés par le GEMMA.

Pour une machine donnée, il est important d'examiner le cas de chaque rectangle état :

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

7.1.2- Rechercher les évolutions d'un état à l'autre.

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

• l'état A1 dit "état initial" ou "état repos" de la machine.
• l'état F1, mode de "production normale" pour lequel la machine a été conçue.

En partant de chacun des deux états essentiels, A1 et F1 il est intéressant de rechercher les évolutions vers d'autres états :

• 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 la machine au choix :
  • en fin de cycle à circuit F1 - A2 – A1
  • dans une autre position à 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 les figures ci-dessous :

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

7.2- Conditions d'évolution entre Modes de Marches et d'Arrêts :

La mise en évidence des conditions de passage d'un état à l'autre permet de concevoir le pupitre de commande (actions de l'opérateur), de prévoir essentiellement des capteurs supplémentaires sur la machine, de compléter le Grafcet, etc.

On peut passer d'un état à l'autre de deux manières :

• Avec une condition d'évolution : elle est portée sur la Liaison orientée entre états : la condition peut être liée à l'action sur un bouton du pupitre de commande, ou l'action d'un capteur situé sur la machine.
• Sans condition explicite : c'est le cas lorsque la condition est évidente (exemple passage de A2 à A1) ou parce que l'état atteint dépend de l'intervenant.

Remarque :

Le Gemma est conçu pour une PC unique pilotant une PO unique.

7.3- Cas particulier : machines semi-automatiques :

Ces machines doivent être servies par un opérateur à chaque cycle au moyen d'un bouton. L'intervention de l'opérateur peut être traduite sur un Gemma de deux manières selon la machine :

• Action "départ cycle" extérieure à F1

A chaque cycle, la machine part de l'état A1 et par dcy, donné par l'opérateur, passe à F1, lorsque le cycle est terminé, la machine reprend l'état A1 sans intervention de l'opérateur.

Cette méthode convient lorsque tout peut être arrêté sur la machine, même lors d'une courte pause.

• Action "départ cycle" intérieure à F1"

La machine est mise en route via F2 et est prête à produire dans F1. Pour produire, la machine attendra l'action de l'opérateur en restant en F1, dans ce cas l'étape initiale du Grafcet de base ne doit pas être confondue avec l'état initial de la machine.

Cette méthode convient lorsqu'il faut laisser se continuer des actions (moteur , chauffage ...) lors des pauses courtes (on peut ne pas passer par F2).

8 - Exemple d’application

Le système s’inscrit dans une chaîne d’embouteillage, il correspond à l’isolement de la partie assurant les fonctions de remplissage et bouchage.

Le remplissage se fait par soutirage. Un capteur « bouteille remplie » permet de contrôler le niveau de remplissage de façon satisfaisante.

Le bouchage est assuré par un vérin presseur. Les prises d’information sur la partie opérative sont représentées par commodité par des galets mécaniques.

Le fonctionnement du système est donné par Les grafcets représentés par la figure 2.9.

Question :

Etablir un GEMMA correspondant au fonctionnement du système.

a