Qu’est-ce que la fabrication ?

La « fabrication » est étroitement liée à des concepts tels que « technologie » et « industrie ». Pendant des milliers d’années, l’humanité a existé et s’est développée sans industrie, et la fabrication était basée sur l’artisanat et le travail manuel.

Tout était unique et individuel. L’humain – un ou plusieurs artisans – jouait le rôle principal dans la fabrication. Pour fabriquer des chaussures, un tanneur devait avoir tanné un bon cuir à partir d’un bon cuir brut, puis un cordonnier devait fabriquer des chaussures. Un maître-artisan était essentiellement un ingénieur, un technologue et un ouvrier. Avec l’artisanat, le coût des choses était très élevé et la qualité dépendait entièrement de la personnalité de l’artisan. Il n‘était donc pas évolutif.

La révolution industrielle qui a eu lieu aux 18e et 19e siècles a fondamentalement modifié le processus de fabrication en divisant le rôle de l’artisan en plusieurs, et en introduisant les machines et le travail mécanisé. C’est alors qu’apparaissent les professions distinctes de :

• ingénieurs (ceux qui conçoivent des modèles et plans),
• technologues (qui développent le processus de fabrication et décident du type de machines et d’opérations à utiliser pour mettre en œuvre la conception),
• et les ouvriers (ceux qui fabriquent le produit à l’aide de machines, d’outils et des instructions du technologue).

Cette révolution a permis d’augmenter la qualité et de réduire considérablement le coût des produits, les rendant ainsi beaucoup plus abordables. D’un autre côté, le rôle des artisans a disparu de la fabrication, et les marchandises ont perdu leur individualité. Parallèlement, l’apparence des marchandises a changé.

À l’époque préindustrielle, l’apparence des objets était dictée non seulement par leur fonction, mais aussi par l’idée de beauté que se faisaient les artisans et leur inspiration, le plus souvent inspirée par la beauté de la nature. Les biens de l’époque préindustrielle comportaient de nombreuses décorations sophistiquées, beaucoup de lignes douces et aucune caractéristique fonctionnelle. Tous les artisans essayaient d’embellir les objets et de leur donner une part de leur identité.

À l’ère industrielle, les formes et l’apparence des objets étaient définies par différents facteurs tels que la fabricabilité, la fonctionnalité, l’économie, la répétabilité, etc.

Les biens de l’ère industrielle, dépourvus d’individualité, ont progressivement perdu leurs décorations. Avec le développement de la philosophie moderne, la nature n’a plus inspiré les designers ; les objets ont acquis des formes abstraites et minimalistes qui sont aujourd’hui perçues comme plus optimales et plus intelligentes.

En même temps, ces formes sont normalement plus productives et faciles à fabriquer, elles sont mesurables et contrôlables, ce qui est très important pour le paradigme de la fabrication industrielle.

Grâce à la révolution industrielle, en l’espace de deux siècles, l’humanité a réussi à faire un pas de géant, le plus grand depuis des milliers d’années d’histoire. Il existe un grand nombre de choses autour de nous qui incarnent un travail, des connaissances et une expérience colossaux.

Des milliers de technologies, de machines et de procédures sont nécessaires pour qu’un produit – même un objet très simple comme un trombone – soit accessible à des millions de personnes dans le monde. Sans parler des automobiles, des ordinateurs, des avions et des téléphones portables, dont chaque composant englobe des chaînes d’approvisionnement, des schémas de production, des matériaux, des machines, etc. extrêmement complexes. Mais surtout des personnes : ingénieurs, technologues, travailleurs.

En effet, de nos jours, ce sont les ingénieurs qui définissent la forme des choses en recherchant l’équilibre idéal entre fonctionnalité, économie et esthétique. Notamment, contrairement à l’époque préindustrielle, le principal atout des ingénieurs est le savoir et les compétences, et non l’expérience et la maîtrise. Cela signifie que dans leur travail quotidien, ils s’appuient sur les réalisations du passé, l’expérience et les erreurs des ingénieurs des générations précédentes, leurs outils et leurs approches. Sur cette base, l’ingénieur développe et introduit ses propres techniques, plus fines et plus complètes.

L’ingénieur moderne s’appuie sur une expérience complexe et multilatérale des générations précédentes et utilise les outils disponibles pour créer de nouvelles choses, de nouveaux outils et de nouvelles expériences. Il s’agit d’un paradigme de développement de la fabrication extensive

Mais jusqu’où cela va-t-il ? Quelle idée ou philosophie peut produire une impulsion nouvelle et intensive ? En effet, les problèmes d’une voie de développement extensive sont déjà évidents : nos ressources sont limitées et l’efficacité d’utilisation de ces ressources croît beaucoup plus lentement que l’intensité. Ainsi, nous exploitons, épuisons les ressources, et cela ne peut être corrigé sans un changement fondamental du paradigme de fabrication. Et ce saut qualitatif est possible.

Des machines intelligentes

L’un des résultats les plus singuliers du travail du cerveau humain au 20e siècle est l’intelligence des machines. La nécessité (1) d’automatiser de plus en plus de processus et (2) de minimiser le facteur humain dans la production d’abord, puis dans l’ingénierie, a entraîné une explosion de systèmes informatiques et d’algorithmes complexes qui permettent de remplacer le cerveau et les compétences de l’homme pour résoudre un large éventail de problèmes de fabrication et autres.

Aujourd’hui, ces systèmes et algorithmes ont atteint une complexité telle qu’ils sont, en une fraction de seconde, capables de résoudre des tâches qu’un humain ne pourrait pas résoudre au cours d’une vie entière. En ce sens, nous pouvons affirmer qu’ils sont devenus beaucoup plus intelligents que les humains.

Le fait que ces machines aient été développées a donné à l’ingénierie une autre impulsion très forte : des algorithmes spécialisés de calcul et de modélisation ont permis de créer des choses plus avancées. Jusqu’à présent, les machines et algorithmes de calcul étaient utilisés par les ingénieurs essentiellement comme des outils, tandis que les machines de production et les équipements de mesure imposaient des limites fondamentales aux formes possibles des objets produits.

Cependant, il y a quelques dizaines d’années, des algorithmes de conception dite générative sont apparus, et les équipements informatiques, les machines intelligentes, sont passés du rôle d’outil à celui de créateur, le rôle principal de l’ingénierie. Les gens ont fait confiance aux machines pour concevoir des objets, et le résultat a été surprenant.

Voici quelques exemples de conception générée par des logiciels :

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Plus proche de la nature

Les formes des objets modélisés par des machines se sont révélées différentes de celles créées par des ingénieurs humains. Elles sont pleines d’éléments complexes, non primitifs et – du point de vue de l’ingénierie – sophistiqués et de solutions géométriques aux topologies délicates. Ils ont une résonance surprenante avec les formes et les objets naturels.

Il s’avère que les formes optimales ne sont pas ce que les gens pensaient à l’ère industrielle – ni droites, ni simples, ni strictes. Elles sont complexes, courbes, diverses et similaires aux conceptions de la nature.

Ce résultat s’explique notamment par le fait que, à bien des égards, les algorithmes de conception générative ressemblent au processus d’évolution : la machine passe en revue de nombreuses variantes de formes et en teste la pertinence, excluant à chaque étape celles qui ne conviennent pas. Par conséquent, la nature a en quelque sorte repris le dessus sur les idées du modernisme qui prétendaient que l’esprit humain était plus productif et s’est avérée ne pas être si naïve dans ses manifestations fantaisistes.

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De telles formes semblaient impropres à la production avec les technologies et machines existantes, si bien que pendant longtemps, le design génératif est resté plutôt de la science-fiction. Jusqu’à ce qu’une nouvelle catégorie de machines apparaisse : les imprimantes 3D.

Imprimantes 3D

Quelle est la différence fondamentale entre les imprimantes 3D et les autres machines de production ? Tout d’abord, l’impression 3D est une classe entière de technologies de production diverses qui répondent à certains critères.

Voici les trois principales caractéristiques qui permettent à une technologie d’être fièrement appelée impression 3D (ma définition) :

• Additive. Une chose est créée par « croissance », c’est-à-dire par l’ajout de matière, contrairement à la méthode soustractive, où l’on découpe de la matière supplémentaire pour créer une forme.
• Automatique. La technologie n’implique pas de travail manuel.
• Numérique. La machine fonctionne sur la base de modèles numériques.

Qu’est-ce que cela signifie et en quoi est-ce différent des technologies traditionnelles ? Le processus additif permet d’économiser considérablement les ressources au stade de la fabrication, en ne produisant aucun déchet. La fabrication additive n’utilise que la quantité de matériau nécessaire ; tout le matériau est utilisé à bon escient, sans restes.

En outre, l’approche additive (« croissance ») n’impose pas autant de limites aux formes que les approches soustractives (certaines géométries peuvent être trop fines ou complexes pour un cutter). L’automatisation permet d’éliminer le facteur humain dans la fabrication et améliore la qualité, la précision, la répétabilité et la vitesse de production. Une approche numérique permet de créer, de coder, de conserver et de transférer des formes complexes de choses qui ne pourraient être décrites de manière adéquate et précise autrement.

Ainsi, la plupart des technologies 3D n’ont pas les limitations fondamentales des formes qui sont inévitables pour les technologies traditionnelles : les formes, les modèles ou les dessins peuvent être aussi complexes que l’on veut et n’auront aucun impact sur la répétabilité ou le coût.

les imprimantes 3D permettent de produire des pièces optimales grâce aux algorithmes de conception générative élaborés par des machines intelligentes, car elles parlent le même langage « numérique ». Elles n’ont pas besoin d’un intermédiaire humain pour adapter les projets des ingénieurs à une machine spécifique. Elles n’ont pas besoin d’un ouvrier puisque le processus est entièrement automatisé.

La chaîne ingénieur-technologue-ouvrier est entièrement remplacée par plusieurs machines intelligentes ou, idéalement, par une seule. Une telle machine devient un artisan, c’est-à-dire un ingénieur, un technologue et un travailleur en un seul être – comme un artisan humain à l’ère préindustrielle. C’est ce qu’on appelle le nouveau paradigme industriel. Pas seulement l’automatisation seule, ou la numérisation seule, des machines intelligentes connectées par un canal de communication (IoT), mais un artisan-machine qui taille individuellement des objets pour des fonctions et des besoins spécifiques d’utilisateurs spécifiques.

La machine-artisanat est le paradigme même de la fabrication qui changera l’aspect familier des choses, rendra les biens à nouveau uniques et les optimisera pour chaque individu spécifique. Les matériaux, les produits bruts et les technologies de transformation constituent une autre composante importante de ce paradigme, mais nous réserverons ces sujets pour un prochain article.