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Chercheur: Eric Coatanéa (eric.coatanea@hut.fi)

Formulation et analyse des problèmes en préconception à partir d’indicateurs sans dimensions. Chercheur: Eric Coatanéa (eric.coatanea@hut.fi). Projet de recherche : ANSELMI. Objectif: Modélisation et simplification du processus de préconception avec prise en compte du cycle de vie.

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Chercheur: Eric Coatanéa (eric.coatanea@hut.fi)

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Presentation Transcript

  1. Formulation et analyse des problèmes en préconception à partir d’indicateurs sans dimensions Chercheur: Eric Coatanéa (eric.coatanea@hut.fi) Projet de recherche: ANSELMI • Objectif: • Modélisation et simplification du processus de préconception avec prise en compte du cycle de vie. Participants: HUT Machine Design Laboratory, LUSIG - IUT Brest, TEKES, VTT, ABB Industry, Kemppi, Mariachi, Perlos, Remec, SET et Vaisala

  2. 1- Introduction – positionnement de notre recherche 2- Proposition d’un modèle de mapping 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. - Le contexte, - Description du besoin du client, - Description du problème de conception – Le système d’unités, - Passage du besoin à l’espace des paramètres de conception, 4- Conclusion PLAN DE LA PRESENTATION

  3. 1- Introduction – positionnement de notre recherche Besoin Faisabilité [B. Yannou, HDR- 2001] Utilité globale désirée Utilité globale réelle Externe Préférences Positionnement de notre recherche Performances désirées Performances réelles Mapping Ingéniérie Interne au concept Paramètres de conception désirés Paramètres de conception réels

  4. BESOIN CONCEPTION FABRICATION ASSEMBLAGE EMBALLAGE TRANSPORT UTILISATION DEMANTELEMENT RECYCLAGE DECHARGE MUNICIPALE INCINERATION ENFOUISSEMENT 2- Proposition d’un modèle de mapping (1/2) Le cycle de vie A partir du diagramme du cycle de vie nous proposons un nouveau modèle de Mapping. Celui-ci sert de base à notre analyse. [PRéConsultants- The Eco-indicators 99]

  5. 2- Proposition d’un modèle de mapping (2/ 2) Espace de la perception du besoin par le client PBC Espace des processus de recyclages, incinérations, enfouissements PRIE SM PBC BC M3 M2 M1 BC PC SM Espace du besoin du client BC Espace des processus de démantèlements PD M10 M9 PD PRIE PD U M6 M7 M5 M8 M4 PF PC PA PT PE Espace des spécifications mesurables SM Espace de l’utilisation U PT PE U PA PF Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des processus d’emballages PE Espace des processus de transports PT

  6. Le contexte: Le processus de conception étudié peut-être classé dans la catégorie innovative design [Chandrasekaran - 1990]. Domaine d’étude: Cet exemple ne traite que de la partie de la taxonomie et plus précisément . M4 M5 PC PF M3 M2 BC SM PA PF PC SM Espace du besoin du client BC Espace des spécifications mesurables SM Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (1/23 )

  7. 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (2/ 23) Concepts

  8. La colonne devra : • Etre de faible coût • Respecter la fonction technique • Etre de faible impact environnemental Ce qui peut se traduire par : Minimisation du coût (E) Juste respect de la fonction technique (T) Minimisation de l’impact environnemental (En) 1 2 3 (E) Besoin Economique (T) Besoin Technique (En) Besoin Environnemental PF PC M5 M4 ST BC M3 M2 PA PF Espace du besoin du client BC ST PC Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des spécif. mesurables SM 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (3/ 23) Description du besoin du client (1/8): Ordre hiérarchique et Taxonomie proposée • Le besoin est hiérarchique, • Il doit être minimisé en ce qui concerne (E) et (En), • Il peut-être systématiquement traduit suivant la taxonomie proposée

  9. Transpalette motorisé Convoyage de charges Module 1 Déplacement Module 2 Chargement/déchargement Module 11 Motorisation Module 12 Transmission Module 13 Direction PF PC M5 M4 ST BC M2 M3 PA PF Module Fonction C1:guidage Espace du besoin du client BC F:Transmettre le mouvement Chassis Ambiance extérieure Bras de commande Axe ST PC Graphe d’interaction Colonne de direction Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des spécif. mesurables SM C2:Ne pas dégrader la c. 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (4/23 ) Description du besoin du client(2/8): [Dardy et Teixido, 95]

  10. Minimisation du coût (E) Juste respect de la fonction technique (T) Minimisation de l’impact environnemental (En) Minimisation du coût (E) Transmettre le mouvement du bras de commande ( avec guidage et sans dégradation de celui-ci ) (T) Minimisation de l’impact environnemental (En) PF PC M4 M5 BC ST M2 M3 PA PF Espace du besoin du client BC ST PC Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des spécif. mesurables SM 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (5/23 ) Description du besoin du client (3/8):

  11. Coûts de main d’oeuvre coût de faisabilité coût re., inci., enf. coût de saisie du besoin coût produc- tion coût assem -blage coût d’emba - llage coût trans - port coût réparation/ent. coût déntèle - ment coût de conception coût consommables1 coût matière coût énergétique 1 coût consom-mables 2 coût consom-mables 3 coût consom-mables 4 coût consom-mables 5 coût consom-mables 6 coût consom-mables 7 coût consom-mables 8 Coûts physiques coût énergé. 2 coût énergé. 3 coût énergé. 4 coût énergé. 5 coût énergé. 6 coût énergé. 7 coût énergé. 8 Impact environnemental de conception Imp. Env. de fab. Imp. Env. assem -blage Imp. Env. emba- llage Imp. Env. trans- port Imp. Env. utili- sation Imp. Env. démentè-lement Imp. Env. Re.,inci., enf. Imp. Env. Espace de la perception du besoin par le client PBC Espace du besoin du client BC Espace des spécifications mesurables SM Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des processus d’emballages PE Espace des processus de transports PT Espace de l’utilisation U Espace des processus de démantèlements PD Espace des processus de recyclages, incinérations, enfouissements PRIE 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (6/ 23) Description du besoin du client (4/8): Les coûts et l’impact environnemental

  12. - Contraintes mécaniques, • - Contraintes thermiques et de radiations, • Contraintes aérodynamiques • Contraintes accoustiques • Contraintes électriques • Contraintes biologiques • Contraintes chimiques • Contraintes ergonomiques • Contraintes esthétiques • etc… PF PC M5 M4 ST BC M2 M3 PA PF Espace du besoin du client BC ST PC Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des spécif. mesurables SM 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (7/ 23) Description du besoin du client (5/8): Les fonctions techniques Familles de fonctions techniques Nous postulons que les FONCTIONS TECHNIQUES d’une pièce élémentaire de la nomenclature du produit puissent être décrite à l’aide de la taxonomie qui suit:

  13. Familles de fonctions techniques Mode de chargement • - Traction, • - Torsion, • Flexion, • Compression • Cisaillement, • Pression de contact, • Enceintes sous pressions, • Vibrations, • Fluage, • etc.… • - Contraintes mécaniques, • - Contraintes thermiques et de radiations, • Contraintes aérodynamiques • Etc... PF PC M4 M5 ST BC M3 M2 PA PF Espace du besoin du client BC ST PC Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des spécif. mesurables SM 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (8/ 23) Description du besoin du client (6/8): Les fonctions techniques

  14. Mode de chargement Contrainte Spécifications technique résultantes • - Traction, • - Torsion, • Flexion, • Compression • Cisaillement, • etc… • - Rigidité, • - Résistance, • Fatigue, - Pièce rigide en Torsion, - Pièce rigide en Flexion, PF PC M5 M4 ST BC M3 M2 PA PF Espace du besoin du client BC ST PC Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des spécif. mesurables SM 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (9/23 ) Description du besoin du client (7/8): Les fonctions techniques

  15. Minimisation du coût (E) Pièce rigide en Torsion (T) Pièce rigide en Flexion (T) PF PC M4 M5 Minimisation de l’impact environnemental (En) ST BC M2 M3 PA PF Espace du besoin du client BC ST PC Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des spécif. mesurables SM 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (10/23 ) Description du besoin du client (8/8): Expression finale du besoin

  16. Quantité Nom Symbol Longueur, L mètre m Temps, t seconde s Mass, M kilogramme kg Température, T kelvin K Courant, I ampère A PF PC M4 M5 nbr. de particules élémentaires mole mole ST BC M3 M2 Intensité lumineuse candela cd PA PF Contenu informationel [Shannon-1949] bit bit Espace du besoin du client BC ST PC Coût euro € Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des spécif. mesurables SM 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (11/23 ) Description du problème de conception – Le système d’unités: • La théorie de l’Analyse Dimensionnelle nous montre que le choix d’un système d’unités repose sur : • les propriétés de comparabilités et d’additivités des unités de bases, Nous postulons que tout problème de conception puisse être décrit en utilisant le système des 9 unités de bases ci-contre. [Sonin A.A., 92]

  17. PF PC M4 M5 ST BC M2 M3 PA PF Espace du besoin du client BC ST PC Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des spécif. mesurables SM 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (12/23 ) Passage du besoin à l’espace des para. de conception (1/12): Nous allons présenter maintenant la manière donc les Espaces des spécifications mesurables et l’Espace des paramètres de conception peuvent être définis à l’aide de l’Analyse Dimensionnelle.

  18. Rigidité en Flexion F/ (MT-2) Impact environnemental de conception (ML2 T-2 K-1) E (ML-1T-2) coût de faisabilité coût de conception coût produc- tion Rigidité en TorsionMt/ (ML2 T-2) G (ML-1T-2) coût consommables 1 Impact environnemental de fabrication (ML2 T-2 K-1) coût assem -blage coût énergétique 1 coût matière Coûts (€ ) Complexité de forme(bits) coût consom-mables 2 coût consom-mables 3 coût de saisie du besoin IG (L4) PF PC M5 M4 Complexité d’état de surface (bits) ST BC M2 M3 IGx, IGy(L4) coût énergé. 2 coût énergé. 3 A (L2) PA PF L (L) Espace du besoin du client BC ST PC Impact environnemental d’assemblage (ML2 T-2 K-1) Complexité dimensionnelle et géométrique (bits) Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des spécif. mesurables SM 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (13/ 23) Passage du besoin à l’espace des para. de conception (2/12): G: module d’élasticité transversale ou de Coulomb G=f(E,) : Coefficient de Poisson (sans dimension)

  19. PF PC M5 M4 ST BC M2 M3 PA PF Espace du besoin du client BC ST PC Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des spécif. mesurables SM 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (14/23 ) Passage du besoin à l’espace des p. de conception (3/12): • Nous avons n=26 grandeurs, 6 grandeurs fondamentales (M,L,T,€, K, bits). Nous pouvons donc former: • n-6=20 invariants • Nous aurons donc: • 20 grandeurs directrices (que nous choissisons de préférence de manière à représenter les grandes familles de la taxonomie) • 6 grandeurs déterminantes (dérivées de M,L,T, K, € et bits) [Matz W., 59]

  20. PF PC M5 M4 ST BC M2 M3 PA PF Espace du besoin du client BC ST PC Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des spécif. mesurables SM 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (15/ 23) Passage du besoin à l’espace des p. de conception (4/12): • - Les 20 grandeurs directrices (que nous choississons de manière à représenter un sous groupe des 6 grandeurs fondamentales) • IGx,L,E,coût de conception, Impact environnemental de conception, etc... • Les6 grandeurs déterminantes (constituant un autre sous groupe des 6 grandeurs fondamentales M,L,T, €, K et bits) • coût de production, A, F/, L, Impact environnementale de fabrication, complexité de forme [Matz W., 59]

  21. PF PC M5 M4 ST BC M2 M3 PA PF Espace du besoin du client BC ST PC Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des spécif. mesurables SM 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (16/ 23) Passage du besoin à l’espace des p. de conception (5/12): 1= IGx . C production1. A1. F/1. L1 . Ienv fab1 .Compl forme1 = 2= IG . C production2. A2. F/2. L2 . Ienv fab2 .Compl forme2 = 3= Ienv concep . C production3. A3. F/3. L3 . Ienv fab3 .Compl forme3 = 4= Compl dim . C production4. A4. F/4. L4 . Ienv fab4 .Compl forme4 = etc... 1 et 2 sont identiques à des indicateurs de [Ashby-1999]

  22. Coûts (€ ) (12) Impact environnemental de conception (ML2 T-2 K-1) Impact environnemental d’assemblage (ML2 T-2 K-1) Impact environnemental de fabrication (ML2 T-2 K-1) PF PC M4 M5 ST BC M2 M3 PA PF Mt/(ML2 T-2) Espace du besoin du client BC ST PC F/  (MT-2) Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des spécif. mesurables SM 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (17/23 ) Passage du besoin à l’espace des p. de conception (6/12): Nous passons de 17 spécifications mesurables à 14 Invariants de spécifications mesurables

  23. Minimisation du coût (E) Pièce rigide en Torsion (T) Pièce rigide en Flexion (T) Minimisation de l’impact environnemental (En) PF PC M4 M5 ST BC M3 M2 PA PF Espace du besoin du client BC ST PC Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des spécif. mesurables SM 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (18/ 23) Passage du besoin à l’espace des p. de conception (7/12):

  24. Caractéristiques du matériau ou index structuraux [Shanley-1960] • Caractéristiques générales de formes (associées aux solicitations) • - Caractéristiques générales de complexités (forme, précision dimensionnelle, géométrique et d’état de surface) PF PC M5 M4 ST BC M3 M2 PA PF Espace du besoin du client BC ST PC Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des spécif. mesurables SM 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (19/23 ) Passage du besoin à l’espace des p. de conception (8/12): Nous postulons qu’une pièce élémentaire de la nomenclature du produit puisse toujours être décrite à l’aide de la taxonomie suivante: Nous pouvons donc classer les invariants restant suivant cette taxonomie

  25. E (ML-1T-2) Index structuraux G (ML-1T-2) IG (L4) IGx, IGy(L4) L (L) A (L2) Complexité d’état de surface (bits) Formes PF PC M4 M5 ST BC M3 M2 Complexité de forme(bits) PA PF Espace du besoin du client BC ST PC Complexité dimensionnelle et géométrique (bits) Complexités Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des spécif. mesurables SM 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (20/ 23) Passage du besoin à l’espace des p. de conception (9/12): Nous passons de 9 paramètres de conception à 6 paramètres invariants de conception

  26. PF PC M4 M5 ST BC M2 M3 PA PF Espace du besoin du client BC ST PC Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des spécif. mesurables SM 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (21/ 23) Passage du besoin à l’espace des p. de conception (10/12): Le système initial: Spécif. mesurable = f(para. conception) peut être transformé à l’aide du théorème de Vashy-Buckingham. Le système devient alors: [Hanche-Olsen H., 2001]

  27. Index structuraux Formes PF PC M4 M5 ST BC M3 M2 PA PF Espace du besoin du client BC ST PC Complexités Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des spécif. mesurables SM 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (22/23 ) Passage du besoin à l’espace des p. de conception (11/12):

  28. PF PC M4 M5 ST BC M2 M3 PA PF Espace du besoin du client BC ST PC Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des spécif. mesurables SM 3- Exemple d’utilisation de la méthode: La colonne de direction ROCLA. (23/23 ) Passage du besoin à l’espace des p. de conception (12/12): • Les conséquences de l’analyse dimensionelle sont les suivantes: • Simplification du modèle, • Modèle indépendant des phénomènes d’échelles, • Mise en évidence des similarités entre projets. Cette méthode est intégrée dans un logiciel prototype en cours de développement http://pddi.free.fr

  29. PF PC M5 M4 ST BC M3 M2 PA PF Espace du besoin du client BC ST PC Espace des paramètres de conception PC Espace des processus de fabricationsPF Espace des processus d’assemblagesPA Espace des spécif. mesurables SM 4- CONCLUSION • Cette présentation définie un certain nombre d’éléments nouveaux: - Une proposition de nouvelle taxonomie basée sur le cycle de vie produit, • Des taxonomies décrivant les passages des espaces: • Besoin client, • Spécifications mesurables, • Paramètres de conception, - La théorie de l’analyse dimensionnelle élément central du processus de conception, • Un axiome postulant que l’optimisation des fonctions des éléments de niveau N d’une nomenclature conduit à un niveau N-1 lui même optimisé.

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