Besoin d’un outil de pré-dimensionnement global

3.1. Méthode classique de conception d’un produit

Le développement d’un nouveau produit ou d’un nouveau concept est une activité à risque

pour une entreprise car le retour sur investissement n’intervient qu’après plusieurs mois

voire plusieurs années. Dans le modèle de production actuel, les nouveaux produits doivent

être toujours plus performants, et être développés toujours plus rapidement. À vouloir

repousser les limites de performance et en allant trop vite, les erreurs et voies sans issues

sont susceptibles d’apparaitre plus souvent dans la conception, ce qui constituent la hantise

des chefs de projet.

Pour éviter ces écueils, les étapes de conception ont été rationnalisées et standardisées sous le

format du cycle en V dessiné sur la Figure 1.19. Le cycle en V, apparu dans les années 1980,

permet d’organiser le développement du projet, de l’expression du besoin jusqu’à la

réalisation finale.

Analyse des besoins et faisabilité Rédaction des spécifications Conception architecturale Conception détaillée Réalisation d’un prototype

Tests des sous-systèmes Assemblage et tests du système Tests de validation Acceptation par le client

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Les étapes se suivent dans un ordre défini. Les étapes de validation à droite sont effectuées

en référence à chaque étape de conception à gauche. Le détail du cycle en V est le suivant :

- analyser le besoin du client et déterminer si une solution existe

- établir le cahier des charges fonctionnels à partir du besoin

- conception générale du produit, choix de l’architecture à adopter

- conception détaillée du produit, composant par composant

- réalisation des différents composants composant le produit

- validation de chaque composant

- assemblage du système et validation de sa conception générale

- vérification du respect du cahier des charges

- vérification du respect du besoin du client

Cette méthodologie en V représente une approche séquentielle car les étapes se suivent

logiquement sans retour en arrière. Bien que simple à aborder, le cycle en V présente

plusieurs faiblesses, illustrées par la Figure 1.20 dans le cas de la conception d’une

balançoire.

Figure 1.20Illustration du défaut d’une approche séquentielle de conception

Tout d’abord, les spécifications du client peuvent être mal exprimées ou mal perçues par le

chef de projet. De plus, il arrive régulièrement que le besoin du client évolue durant la phase

de conception, qui peut être assez longue. Enfin, les choix d’architecture préliminaires à la

conception détaillée peuvent conduire à des solutions qui ne sont pas les meilleures, voire à

des défauts majeurs.

La méthode de conception classique en V peut s’appliquer pour la conception des

convertisseurs d’électronique de puissance. La Figure 1.21 montre comment serait traité le

dimensionnement du convertisseur étudié dans ces travaux avec une méthodologie classique

en V.

Avec cette méthode unidirectionnelle, plusieurs problèmes se posent dans le cas

d’application choisi. Tout d’abord, les contraintes sont fixes et choisies arbitrairement dès le

départ. Certaines contraintes sont choisies a priori, comme l’ondulation de courant AC

souvent fixée par des règles « expertes ». Les règles « expertes » ne sont pas liées à des

normes imposées mais à des bonnes pratiques qui assurent un dimensionnement

fonctionnel.

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Figure 1.21Premières étapes du cycle de conception en V du convertisseur étudié

De même, il n’est pas possible de négocier, par exemple, le rendement ou la masse désirés,

alors que les deux évoluent inversement. Les contraintes sur ces paramètres globaux sont

souvent fixées arbitrairement, et se trouvent par conséquent être des facteurs très

contraignants ou alors facilement améliorables. Le système est alors loin d’être optimisé.

3.2. Pré-dimensionnement en électronique de puissance

Plusieurs solutions existent pour pallier les faiblesses du cycle en V. Les solutions

développées dans ces travaux tentent de renforcer les moyens employés dans la phase de

pré-dimensionnement. La phase de pré-dimensionnement se situe entre la définition du

cahier des charges et la conception détaillée, englobant le choix d’architectures. Le

pré-dimensionnement regroupe tous les choix qui vont être fait en amont du développement

complet du produit. Cette phase n’est généralement pas coûteuse pour le concepteur car il

s’agit de faire des choix à partir d’étude bibliographique ou de bonnes pratiques courantes.

Cependant, comme le signale [17] illustré sur la Figure 1.22, cette phase fixe des choix

importants qui vont orienter la conception vers des choix irréversibles. Peu de degrés de

libertés seront disponibles après cette étape.

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Les solutions pour éviter les problèmes liés au cycle en V consistent d’une part à impliquer le

client dans la démarche de conception, et d’autre part à adopter une approche de

dimensionnement global. Impliquer le client n’est pas sans risque juridique, car il s’agit de le

faire travailler pour son propre compte dans le cadre d’un échange commercial. Mais le jeu

en vaut souvent la chandelle car il permet d’éviter de nombreux écueils. Cela permet tout

d’abord de clarifier les besoins pour partir sur de bonnes bases dans le dimensionnement.

Adopter une démarche globale permet de ne pas faire de choix a priori, et donc de

concentrer le dimensionnement sur le cahier des charges. Par exemple, dans un processus

classique, une fois une solution technologique retenue, certaines contraintes deviennent

caduques tandis que d’autres apparaissent. Il faudrait alors redéfinir les spécifications,

problème qui n’est plus d’actualité avec le dimensionnement global.

Enfin, combiner les deux solutions précédentes permet de faire participer le client à l’analyse

des solutions. Une fois la solution globale trouvée, le concepteur peut la présenter au client.

Le client peut alors juger que la solution est inutilisable à cause d’une contrainte mal définie

dans le cahier des charges. Le concepteur peut également avertir le client sur les contraintes

fortement dimensionnantes du cahier des charges dans la solution trouvée, et interroger le

client sur la nécessité de ces contraintes. On rentre alors dans une phase de négociation de

cahier des charges, thème abordé dans [18]. Cette démarche ne fonctionne que si les

solutions sont obtenues rapidement et que s’il est possible d’analyser et de comprendre les

éléments qui ont guidé la conception.

Pour aborder le dimensionnement des convertisseurs sous ce nouveau jour, plusieurs

méthodologies existantes sont présentées dans le paragraphe ci-dessous. L’une d’entre elles

sera retenue pour le besoin affiché : pré-dimensionner des onduleurs de forte puissance en

aéronautique.

Dans le document Outil de développement et d'optimisation dédié aux onduleurs SiC de forte puissance (Page 32-35)