Préconception de produits PDF 14 mars 2006 2.3.

La formation de Conception Mécanique et Innovation a pour objectif de former des mécaniques la création et le développement de produits industriels

S2 / UE2 / INGENIERIE MECANIQUE EN CONCEPTION DE

S2 / UE2 / INGENIERIE MECANIQUE EN CONCEPTION DE PRODUITS CONCEPTION D'UNE LIAISON PIVOT PAR ROULEMENT - UTILISATION DE 2 ROULEMENTS RIGIDES A BILLES.

MASTER GÉNIE INDUSTRIEL - Ingénierie de la Production et

Ingénierie de la Production et. Conception de Produits. (IPCP). MASTER M1-M2 en production d'un système mécanique et permettant de concevoir les formes.

PARCOURS INGÉNIERIE DE LA CONCEPTION

développement rapide de produit de l'image jusqu'au prototype. APPRENTISSAGE Mécanique

DEUG Mention Parcours-type Informatique Mathématiques

Ingénierie mécanique et conception. Sciences pour l'ingénieur Métiers de l'informatique : conception ... Eco-conception de produits. Génie mécanique.

S1 / UE2 / INGENIERIE MECANIQUE EN CONCEPTION DE

S1 / UE2 / INGENIERIE MECANIQUE EN CONCEPTION DE PRODUITS application à la conception d'un carter de renvoi d'angle (analyser la mise en plan partielle ...

Préconception de produits

14 mars 2006 2.3.3 Le domaine de la conception intégrée et simultanée en ingénierie mécanique .................. 42. 2.3.3.1 Modèles de produits et de ...

PROFIL POUR LE POSTE PRCE 0977

DUT Génie Mécanique et Productique (GMP) 1ère et 2ème années. ? Licence professionnelle des Métiers de Ingénierie mécanique en conception de produits.

Métiers de lindustrie : conception de produits industriels

La formation est ouverte aux : + Titulaires d'un DUT Génie Mécanique et Productique BTS CPI. (Conception de Produits Industriels)

S2 / UE2 / INGENIERIE MECANIQUE EN CONCEPTION DE

S2 / UE2 / INGENIERIE MECANIQUE EN CONCEPTION DE PRODUITS. FICHE 222 (Construction et applications industrielles). PHI-F222-liaison-pivot-PyVot/version du

INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE GRENOBLE

N° attribué par la bibliothèque

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MEMOIRE D'HABILITATION A DIRIGER DES

RECHERCHES

DISCIPLINE : MECANIQUE

_____________________ ________________

Préconception de Produits

________________

Préparé et présenté au

Laboratoire Productique-Logistique de l'Ecole Centrale Paris Par

Bernard Yannou

le 29 juin 2001 devant le jury composé de Patrick Chedmail EC Nantes / IRCCYN Rapporteur

Olivier Garro UTBM / M3M Rapporteur

Michel Tollenaere INPG / GILCO Rapporteur

Russel Barton Penn State University, USA

Jean-Claude Bocquet EC Paris / PL

Philippe Deshayes EC Lille

Jacques Perrin INSA de Lyon / ICTT

Nous étions autrefois en contact avec une usine compliquée. Mais aujourd'hui nous oublions qu'un moteur tourne. Il répond enfin à sa fonction qui est de tourner, comme un coeur qui bat, et nous ne prêtons point, non plus, attention à notre coeur. Cette attention n'est plus absorbée par l'outil. Au-delà de l'outil, et à travers lui, c'est la vieille nature que nous retrouvons, celle du jardinier, du navigateur, ou du poète. Antoine de Saint-Exupéry, Terre des Hommes (1939) 2

Table des matières

1. Positionnement rapide......................................................................

..12

1.1 Curriculum Vitae........................................................................

.................................12

1.2 Démarche et positionnement en recherche................................................................13

1.3 Publications scientifiques........................................................................

....................15

1.3.1 Revues internationales avec comité de lecture...................................................................16

1.3.2 Chapitres d'ouvrage........................................................................

...................................16

1.3.3 Colloques internationaux avec comité de lecture...............................................................18

1.3.4 Publications scientifiques autres........................................................................

................19

1.3.5 Vulgarisation scientifique........................................................................

..........................20

1.4 Encadrement scientifique............................................................

................................21

1.4.1 Encadrement des thèses........................................................................

..............................21

1.4.2 Encadrement des DEA........................................................................

...............................22

2. Préconception de produits..................................................................25

2.1 Introduction à la conception préliminaire.................................................................25

2.2 Définition fonctionnelle de nos axes de recherche....................................................26

2.3 Contexte international de la recherche......................................................................29

2.3.1 Une classification pour la préconception de produits...........................................

..............29

2.3.2 Le domaine de l'intelligence artificielle appliquée à la conception...................................32

2.3.2.1 Présentation........................................................................

2.3.2.2 Modélisation et raisonnements fonctionnels en IA....................................................33

2.3.2.3 Physique et mécanique qualitative........................................................................

.....34

2.3.2.4 Conception basée sur les cas........................................................................

.............39

2.3.2.5 Programmation par contraintes........................................................................

..........40

2.3.3 Le domaine de la conception intégrée et simultanée en ingénierie mécanique..................42

2.3.3.1 Modèles de produits et de processus........................................................................

.42

2.3.3.2 Préconception de mécanismes........................................................................

...........43

2.3.4 Le domaine des " design theories and methodologies »....................................................45

2.3.4.1 Présentation........................................................................

2.3.4.2 Les théories générales........................................................................

........................46

2.3.4.3 L'évaluation multi-critère de solution.......................................................................47

2.3.4.4 La représentation de l'imprécision en préconception................................................48

2.3.4.5 Le lien entre paramètres de conception, performances et besoins.............................50

2.3.5 Le domaine des méthodologies industrielles de conception..............................................54

2.4 Contexte national de la recherche........................................................................

......58

2.5 Contexte personnel de la recherche........................................................................

...60

2.5.1 Historique de nos recherches........................................................................

......................60

2.5.2 Positionnement des thèses encadrées par rapport à nos axes de recherche........................61

2.5.3 Bilan des méthodes scientifiques utilisées........................................................................

.61

2.5.4 Bilan des spécificités de nos travaux........................................................................

..........62

3. Contenu de nos travaux.....................................................................66

3.1 Description des thèses encadrées........................................................................

........66

3.2 Description des DEA encadrés........................................................................

...........73

3.3 Description des sujets de recherche........................................................................

...75

3.3.1 L'axe " représentation et raisonnements fonctionnels »....................................................75

3.3.2 L'axe " Raisonnements sur des modèles incomplets »......................................................80

3.3.3 L'axe " conception collaborative en préconception »........................................................97

4. Rayonnement scientifique................................................................102

4.1 Groupes de recherche........................................................................

........................102

4.1.1 Le groupe de recherche en raisonnement qualitatif..........................................................102

4.1.2 Le groupement Priméca..................................................................

..................................103

4.1.3 L'Association Française pour l'Analyse de la Valeur......................................................103

4.2 Coopérations industrielles........................................................................

................106

4.3 Valorisation de la recherche........................................................................

.............106

4.4 Activités scientifiques administratives et organisationnelles.................................108

4.4.1 Relecture d'articles pour colloques et revues...................................................................108

4.4.2 Membre de jury de thèse........................................................................

..........................109

4.4.3 Le DEA et le laboratoire PL........................................................................

.....................109

4.5 Distinctions scientifiques........................................................................

...................109

5. Orientations de notre recherche......................................................111

5.1 Cadre général de l'évolution des recherches...........................................................111

5.2 Extension de SPEC à des modèles de coûts.............................................................113

5.3 Extension de SPEC à des modèles de risques..........................................................114

5.4 Extension de SPEC à la gestion de projet................................................................114

5.5 Opérationnalisation de la valeur........................................................................

......115

5.6 Modèles conceptuels d'évaluation de performances acoustiques..........................116

5.7 Prototypage virtuel de concept........................................................................

.........121

5.8 Optimisation de produits difficilement évaluables.................................................123

5.9 Domaines et théories scientifiques à approfondir...................................................123

6. Enseignement........................................................................

...........124

6.1 Activités d'enseignement........................................................................

...................124

6.1.1 Formation initiale........................................................................

.....................................124

6.1.2 DEA de Génie des Systèmes Industriels........................................................................

..126

6.2 Responsabilités pédagogiques........................................................................

...........129

6.3 Publications à caractère pédagogique...........................

7. Annexes........................................................................

.....................132

7.1 Quelques programmes détaillés de modules de cours............................................133

7.1.1 Module " Analyse des processus d'innovation ».............................................................133

7.1.2 Module " Analyse Fonctionnelle, Analyse des Valeurs »................................................134

7.1.3 Module " Conception des produits et services »..............................................................135

7.1.4 Module " Conception Assistée par Ordinateur ».............................................................136

7.1.5 Module " Valeur et performance en conception »...........................................................137

7.2 Présentation du CRIC........................................................................

.......................138

7.3 Charte de la liste de diffusion VAFORE.................................................................140

7.3.1 Thématique du réseau........................................................................

...............................140

7.3.2 Objectifs détaillés........................................................................

.....................................141

7.3.3 Animation du réseau........................................................................

.................................143

7.4 Sommaire du numéro Management par la Valeur de la revue RFGI..................144

7.5 Publications de type bibliographie - état de l'art...................................................146

7.5.1 Les méthodes de synthèse en préconception....................................................................146

7.5.2 La préconception de produits en Physique Qualitative....................................................148

7.5.3 Les modèles fonctions-structure-comportements.............................................................150

7.5.4 Une méthode privilégiée de modélisation et de résolution en préconception : la

Programmation Par Contraintes........................................................................

............................152

7.6 Publications sur travaux de recherche....................................................................154

7.6.1 Synthèse et optimisation dans l'espace des topologies en allocation spatiale..................154

7.6.2 Synthèse dimensionnelle de mécanismes par réseau de neurones....................................156

7.6.3 Conception collaborative de mécanismes par une approche multi-agents.......................158

7.6.4 Modèle de simulation et d'optimisation qualitative de concept de mécanisme................160

7.6.5 Méthode de modélisation des objectifs et de suivi de performances en préconception :

SPEC 162

7.6.6 Méthode de pondération coopérative d'objectifs : le Tri Croisé de Monté-Carlo............164

7.6.7 Vers le prototypage virtuel de concept par la modélisation avancée de performances et

7.7 Notre bibliographie........................................................................

...........................168

7.8 Bibliographie autre........................................................................

............................172 5 6

Table des Figures

Figure 1 : Positionnement de nos axes de recherche relativement aux étapes de préconception de

Figure 2 : L'encadrement des thèses........................................................................

...............................21

Figure 3 : Les deux dimensions de la préconception........................................................................

......51

Figure 4 : Conception classique........................................................................

......................................52

Figure 5 : Préconception avec mapping direct performances/préférences.............................................52

Figure 6 : Préconception avec double mapping direct performances/préférences et besoin/faisabilité.53

Figure 7 : Préconception avec double mapping inverse........................................................................

.53

Figure 8 : L'analyse fonctionnelle et l'analyse de la valeur selon Teixido et al [Rak et al 1990; Teixido

et al 1995]........................................................................

Figure 9 : Les fonctions des modèles et méthodes en préconception de produits...................................62

Figure 10 : Diagramme fonctionnel dans Archiplan........................................................

.......................76

Figure 11 : Une solution topologique (concept) dans Arrchiplan..........................................................76

Figure 12 : Les modèles d'évaluation d'investissements et de performances et de satisfaction au dessus

du modèle d'objectifs de ODISAI........................................................................

.....................................78

Figure 13 : Exemple de la modélisation dans SPEC d'un critère d'appréciation en (a) et d'une

performance de solution correspondante en (b)........................................................................

..............79

Figure 14 : QDES : la fonctionnalité majeure d'intersection des spécif. comportementales qualitatives et

du concept de système physique........................................................................

Figure 15 : Notre modèle de cinématique qualitative est capable de générer des explications sur le

phénomène de palier d'immobilité (b) sous la forme de propriétés symboliques (a) vérifiées par les

paramètres dimensionnels........................................................................

Figure 16 : Qualité de l'optimisation dimensionnelle d'un mécanisme à partir de notre modèle de

cinématique qualitative........................................................................

Figure 17 : Réalisme : Deux exemples de superposition de trajectoires spécifiées et de trajectoires

générées par les mécanismes synthétisés........................................................................

.........................82

Figure 18 : Réalisme : Principe de synthèse topologique et dimensionnelle de mécanismes plans par

raisonnement basé sur des cas qualitatifs........................................................................

........................83

Figure 19 : Index d'une trajectoire qualitative........................................................................

...............83

Figure 20 : Exemples de dépliages de graphes avec l'algorithme TGU : (a) Exemple extrait de la thèse

de Yannou [40], (b) et (c) Représentation cinématique d'un mécanisme à barres et de son graphe

topologique (composants-connections) extraite de la thèse de Vasiliu [Vasiliu 1997]...........................84

Figure 21 : (a) Classiquement en allocation spatiale, l'énumération exhaustive des sol. géométriques (b)

Dans Archiplan, il existe une énumération topologique préalable..........................................................85

Figure 22 : Les collecteurs des sol. topologiques et des meilleures sol. géométriques correspondantes86

Figure 23 : La méthode d'optimisation d'ODISAI........................................................................

..........87

Figure 24 : La méthode de simulation d'ODISAI........................................................................

...........87

Figure 25 : Courbe de atisfaction du projet dans ODISAI......................................................................88

Figure 26 : Courbe d'investissement dans une action de flexibilité dans ODISAI.................................88

Figure 27 : (a) Paramétrage du mécanisme 4-barres (b) Répartition de l'action des agents sur une partie

des paramètres........................................................................

Figure 28 : Les trois phases d'utilisation de SPEC 1) Modélisation du CdCF enrichi 2) Estimation des

perfo. de concepts 3) Simulations........................................................................

....................................93

Figure 29 : SPEC : comparaison des indicateurs de réussite du projet entre 4 concepts de solution....93

Figure 30 : SPEC : La tableau de bord des risques et des probabilités de satisfaction pour toutes les

fonctions de l'arbre fonctionnel........................................................................

Figure 31 : Principe d'optimisation de la lampe de bureau...................................................................94

Figure 32 : Cinématique de la lampe de bureau........................................................................

.............94

Figure 33 : Modèle d'origine........................................................................

Figure 34 : Métamodèle global........................................................................

Figure 35 : Métamodèles continus et logique d'origine........................................................................

..95

Figure 36 : Métamodèles continus et métamodèle de la logique............................................................95

Figure 37 : Méthode TCMC : (a) Matrice des comparaisons binaires...................................................98

Figure 38 : (b) Résultats : poids entachés d'incertitude et voies d'amélioration de la cohérence.........98

Figure 39 : Le site Web de VAFORE sur egroups.fr........................................................................

.....105

Figure 40 : Interface utilisateur du logiciel de Tri Croisé de Monté-Carlo dans sa version commerciale

Figure 41 : Le clavier ergonomique ECP (a) Modèle CAO, (b) Dessin du brevet PCT, (c) Prototype108 7

Figure 42 : Le rôle d'un modèle conceptuel d'évaluation de performances acoustiques.....................118

Figure 43 : Stratégies d'élaboration de modèles conceptuels d'évaluation de performances acoustiques

Figure 44 : Recherche de stratégie de métamodélisation.....................................................................121

Figure 45 : Exploration du concept de lampe de bureau par visualisation rapide au dessus d'un

Figure 46 : Extrait du projet de recherche de Barton et Simpson [Barton et al 2000b]......................122

Figure 47 : Le serveur du clavier ergonomique ECP........................................................................

...130

Figure 48 : Exemples de maquettes réalisées au CRIC de l'ECP.........................................................138

Table des Tableaux

Tableau 1 : Libellé et caractéristiques administratives des thèses encadrées et de notre thèse.............22

Tableau 2 : Libellé des DEA encadrés........................................................................

............................23

Tableau 3 : Quelques revues d'intérêt dans nos domaines de recherche..............................................

..30

Tableau 4 : Quelques colloques d'intérêt dans nos domaines de recherche...........................................31

Tableau 5 : Positionnement des thèses encadrées et de notre thèse par rapport à nos axes et sujets de

Tableau 6 : Méthodes scientifiques que nous avons utilisées pour répondre aux fonctions en préconception de produit........................................................................ Tableau 7 : Détail des sujets de DEA encadrés..............................

Tableau 8 : Les sujets de recherche actuels et futurs dans l'axe A.......................................................112

Tableau 9 : Les sujets de recherche actuels et futurs dans l'axe B.......................................................113

Tableau 10 : Modules de cours en formation initiale........................................................................

....126

Tableau 11 : Modules de cours en DEA de Génie des Systèmes Industriels des Ecole Centrale Paris,

Lille et Lyon........................................................................

Tableau 12 : Détail du module " Analyse des processus d'innovation » dans la future option Génie

Industriel (2001-2002)........................................................................

Tableau 13 : Détail du module " Analyse Fonctionnelle, Analyse des Valeurs » dans la future option

Génie Industriel (2001-2002)........................................................................

Fiches de thèse

Fiche de thèse 1___________________________________________________________________67 Fiche de thèse 2___________________________________________________________________68 Fiche de thèse 3___________________________________________________________________69 Fiche de thèse 4___________________________________________________________________69 Fiche de thèse 5___________________________________________________________________71 Fiche de thèse 6___________________________________________________________________72 8 9

Note au lecteur

Ce mémoire est constitué de 3 grandes parties : - Le chapitre 1 permet au lecteur de se faire une idée rapide de nos travaux de recherche. - Les chapitres suivants sont plus détaillés en ce qui concerne un état de l'art sur la préconception de produits (chapitre 2), une description détaillée de nos travaux de recherche (chapitre 3), notre rayonnement scientifique (chapitre

4), l'orientation de nos recherches (chapitre 5) et enfin nos activités et

responsabilités d'enseignement (chapitre 6). - Les annexes sont principalement constituées de deux parties : - Des publications de type état de l'art (chapitre 7.5), - Des publications majeures (chapitre 7.6) présentant les modèles et méthodes issus de nos travaux de recherche. Nous avons pris le parti de scinder notre thème de recherche en axes de recherche et les axes de recherche en sujets de recherche. Chaque thèse encadrée se retrouve ainsi dans un, deux ou trois sujets de recherche, ce qui présente l'avantage de pouvoir se focaliser sur un modèle de représentation ou sur une méthode de

raisonnement pour en voir l'originalité. Si le lecteur se trouvait dérouté, il est invité à

lire à la suite les descriptifs de sujets de recherche se rapportant à une même thèse. En ce qui concerne les références à des travaux scientifiques dans le texte, nous avons choisi : - de numéroter entre crochets celles correspondant à nos publications : [1, 3, 23,

25, 26], la notation en gras ou le double liseré dans la marge signifiant que la

publication correspondante est reproduite en annexe, - de référencer les autres publications par le nom et la date du (des) contributeur(s) : [Medjdoub 1996] - de noter A, B et C nos 3 axes de recherche, - d'utiliser des parenthèses pour nos sujets de recherche : avec des numéros pour les 19 sujets passés (1, 10) et des lettres minuscules pour les 7 sujets futurs (b, d). - de numéroter les fiches de thèse : Fiche de thèse 2. Bernard Yannou, Ecole Centrale Paris, le 9 mai 2001.

Je remercie Jean-Claude Bocquet qui

m'a appris le métier de chercheur et qui m'a aidé à trouver ma voie au fil de ces dix années qui sont donc aussi des années de " recherche personnelle ». 10 11

1. Positionnement rapide

1.1 Curriculum Vitae

Etat-civil

36 ans, né le 28 décembre 1964 à Quimper (Finistère, 29)

Divorcé, 2 enfants (9 et 11 ans)

Actuellement, Maître de Conférences (1

ère

classe, 2

ème

échelon) ,

section 60, à l'Ecole Centrale Paris, Laboratoire Productique- Logistique, Grande Voie des Vignes, 92295 Chatenay-Malabry

Tel (33 1) 41 13 16 05 - Fax (33 1) 41 13 12 72

Site du labo PL : http://www.pl.ecp.fr

Cursus

Juin 83 Baccalauréat C à Maubeuge (Nord, 59) Sept 83 - juin 85 Classes de Mathématiques Supérieures et Spéciales Technologiques au

Lycée Baggio de Lille

Sept 85 - sept 89 Elève de l' Ecole Normale Supérieure de Cachan (ENSC) option Mécanique Juin 1986 Licence de Technologie de la Construction option Conception des Systèmes

Mécaniques de PARIS VI (A-Bien)

Juin 1987 Maitrise (Bien)

Juin 1988

Agrégation de Mécanique 1988 (5

ème

Sept 88 - sept 89

ème

année

ENS Cachan)

DEA d'informatique IARFAG de l'ENSTA/Paris 6/Mines de Paris, option

CAO-Algorithmique Graphique

Mastère Innovation Conception Production de l'Ecole Centrale Paris Oct 89 - Oct 90 Service National dans le cadre des Professeurs Scientifiques du Contingent au CEA de Saclay. Intégration au corps enseignant de la Section des Enseignements de Neutronique et d'Electro-nucléaire (SENE) de l'institut d'enseignement du CEA : l'INSTN (Institut National des Sciences et

Techniques du Nucléaire)

Oct 90 - sept 93 Thèse de doctorat :

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