Development of a maturity model for effective additive manufacturing integration in the product development process

Lamontagne, Stéphanie (2016). Development of a maturity model for effective additive manufacturing integration in the product development process. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Additive manufacturing (AM) covers technologies that fabricate parts layer by layer or by selective material deposition with various materials such as metals, polymers, ceramics, composites, paper and even biological matter from a digital file. The layer-wise principle allows geometrical and functional complexity that would be impossible to generate using traditional manufacturing processes. A plethora of AM processes, machines, and materials make the process selection and the application for a specific industry complex. Little information is currently available in the literature regarding the methodological aspects of the integration of additive manufacturing within an organization’s practices.

The aim of this thesis is to develop a maturity model that can support effective integration of AM in the product development process of an organization.

The research is grounded in the Action Design Research method, which aims at developing artifacts to solve practical problems in an organizational setting while continuously evaluating, reflecting and learning about the problem, the developed artifact and the organization.

First, an AM organizational maturity model based on the concept of competency, on AM uses (prototyping, tooling and production parts) and the organization’s product development process phases is developed through a case study for the manufacturing industry. The model comprises seven maturity levels and showcases an innovative level to account for the evolution of AM technologies. Second, the company’s AM maturity level (initial skills) is determined using the maturity model and a web-based survey. Third, an integration strategy comprising a roadmap and an identification guide, that considers the resulting maturity level, is provided to use AM as a competitive advantage. This strategy was used to evaluate the usefulness of the maturity model, but it was not evaluated itself. It is therefore considered out of the scientific scope of the project.

With slight modifications on terminology and practices, and subsequent testing with additional companies, the maturity model and survey could be generalizable and applicable to other industries. To provide insights into specific weaknesses and guide improvements in line with an organization’s goals, granularity could be included in future versions of the maturity model. Granularity represents the division of model elements into sub-elements, such as dividing AM uses in prototyping, tooling, and production parts.

Finally, we recommend conducting case studies as suggested, and reassess the maturity level in three years to validate if a higher level is reached by using the model. In addition to the roadmap and identification guide, a decision tool on AM process selection would be helpful to support the organization’s future AM users.

Titre traduit

Développement d'un modèle de maturité pour l'intégration efficace de la fabrication additive dans le processus de développement de produits

Résumé traduit

Les procédés de fabrication additive (FA) englobent plusieurs technologies permettant de fabriquer des pièces ou assemblages par dépôt de matière couche par couche, ou par dépôt sélectif de matière, en utilisant divers matériaux tels que les métaux, plastiques, céramiques, composites, le papier, et même de la matière biologique à partir d'un fichier numérique. Ce principe de fabrication permet notamment l’obtention d'une complexité géométrique et fonctionnelle qu’il serait impossible d'obtenir avec les procédés de fabrication conventionnels par enlèvement ou déformation de la matière. Une panoplie de procédés de FA, de machines, et de matériaux rendent complexes le choix d'un procédé et sa mise en application pour une industrie spécifique. Peu d'information est présentement disponible sur la méthodologie à appliquer pour intégrer la FA dans le processus de développement de produits d'une entreprise.

L’objectif de ce projet est de développer un modèle de maturité afin de faciliter l’intégration de la FA au processus de développement de produits d’une entreprise en fonction de ses besoins initiaux.

Ce projet est fondé sur la méthode de recherche « Action Design Research », dont le but est de développer des artéfacts permettant de résoudre des problèmes pratiques dans un contexte organisationnel. Cette méthode comprend des cycles itératifs d’évaluation, de réflexion et d’apprentissage portant sur la problématique, l’artéfact développé et l’organisation.

Premièrement, le modèle de maturité organisationnel basé sur le concept de compétence, sur les usages de la FA (prototypage, outillage, et pièces de production) et les phases du processus de développement de produits de l’organisation a été développé durant une étude de cas dans une entreprise manufacturière. Le modèle comprend sept niveaux de maturité et propose un niveau innovateur pour considérer l’évolution des technologies de FA. Ensuite, le niveau de maturité de l’organisation (compétences initiales) par rapport à la FA a été déterminé grâce à un sondage en ligne basé sur le modèle de maturité. Enfin, une stratégie d’intégration de la FA comprenant une feuille de route et un outil didactique (guide d’identification) reflétant ce niveau de maturité est proposée afin d’utiliser la FA de manière compétitive. Ces derniers documents ont servi à valider l’utilité du modèle de maturité mais n’ont pas été évalués eux-mêmes. Par conséquent, ils sont considérés étant hors de la portée scientifique du projet.

En adaptant le modèle de maturité et le sondage aux pratiques et à la terminologie d’autres entreprises, cet artéfact pourrait être utilisé pour d’autres domaines d’affaires. Afin de guider précisément les efforts d’intégration de la FA, les éléments du modèle pourraient être divisés en sous-éléments (e.g. usages divisés en : prototypage, outillage et pièces de production).

Afin de valider que le modèle permet réellement à une entreprise d’atteindre un niveau de maturité plus élevé, il est recommandé de réaliser les études de cas prescrites et de réévaluer le niveau de maturité dans trois ans. En plus de la feuille de route stratégique, cette organisation bénéficierait de l’utilisation d’un outil d’aide à la décision pour le choix d’un procédé et d’équipement de FA pour des applications particulières.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for a master's degree with thesis in mechanical engineering". Bibliographie : pages 193-198.
Mots-clés libres:	Modèle de maturité de la capacité (Génie logiciel) Développement. Impression tridimensionnelle. Conception de produit Techniques. fabrication additive, maturité organisationnelle
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Doré, Sylvie
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	07 mars 2017 17:21
Dernière modification:	07 mars 2017 17:21
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1828

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