Complémentarités et divergences des approches TRIZ et AD

La conception axiomatique propose deux axiomes et plusieurs corollaires. Afin de prendre des décisions, il faut connaître les principes de conception; la résolution dépend du contexte et de l'expérience du concepteur. Or un ingénieur connaît entre 50 à 100 effets physiques et phénomènes, alors que la littérature scientifique en décrit plus de 6000 [Yan 00b]. Chaque effet peut permettre de résoudre le problème, mais lesquels utiliser et comment les appliquer ?

La base de connaissance proposée par TRIZ liste des fonctions souvent rencontrées. Les effets correspondants et les exemples d'application peuvent servir de guide.

Ces deux approches présentent des points communs et des divergences.

Dans les deux cas, l'objectif de conception est définit en terme d'exigences fonctionnelles. D'après la démarche de conception axiomatique, la conception est un compromis. La méthode TRIZ propose une recherche d'idées sans compromis, puisqu'elle préconise l'élimination des contradictions plutôt que leur accommodation.

Le nombre de solutions pour un ensemble d'EF dépend de l'expérience et de l'imagination du concepteur. TRIZ propose des aides, des outils et des bases de connaissances qui s'appliquent bien à la phase "recherche d'idée et créativité" de la conception axiomatique. TRIZ fonctionne bien quand un système existe et dysfonctionne, ou pour traiter un cas d'exigence fonctionnelle. Mais ses limites apparaissent dans des situations plus complexes et pour des structures à plusieurs niveaux.

L'Axiomatic Design peut apporter une meilleure compréhension de la nature hiérarchique de la conception et de la nécessité de prendre en compte les interconnexions entre les différents niveaux hiérarchiques, permettant d'améliorer la définition du problème. Cette approche offre également des moyens d'évaluation d'un concept et des critères quantitatifs.

Si l'on regarde le détails des règles proposées, des relations sont possibles entre celles des deux approches (Tableau 5). D'autres principes sont en opposition ou n'ont pas de correspondance (Tableau 6).

Axiomatic Design

TRIZ

Préconisation de conception découplée, avec le moins d'information possible

Le nombre de composants physiques doit être réduit. Intégration de parties sans couplage d'EF.

La règle d'évolution "mo-bi-poly" donne des directives pour réduire la complexité d'un système.

Le modèle d'évolution "complexité accrue suivie de simplification".

Conception couplées : Découpler ou séparer les parties d'une solution si les EF sont couplées ou deviennent interdépendantes

La contradiction dans un système technique :

Le fait de surmonter une contradiction correspond au déplacement du couplage fonctionnel

Minimisation d'EF et simplicité maximum dans la conception (caractéristiques physiques et fonctionnelles)

Le "Résultat Idéal Final" aide à se concentrer sur les concepts qui réduisent les exigences, l'énergie et la complexité du produit et du process.

Théorème 1 : si le nombre de PC< nombre d'EF, la conception est couplée ou les EF ne peuvent être satisfaits.

Théorème 2 : si la conception est couplée car EF>PC, il faut ajouter de nouveaux PC jusqu'à ce que la matrice soit triangulaire.

L'analyse substances-champs révèle l'existence de problèmes.

De plus, lors de la construction de ce modèle, si un objet n'est pas réceptif aux changements exigés, alors le problème peut être résolu en complétant le modèle avec l'élément manquant.

Quand un ensemble d'EF est modifié, une nouvelle

solution doit être cherchée. Lors de l'ajout d'EF, le modèle SC doit évoluer pour améliorer les fonctions. Tableau 5: Règles similaires des deux approches, d'après [Yan 00a].

Axiomatic Design

TRIZ

Conception couplée : il faut considérer l'effet d'une décision sur une EF sur d'autres EF et PC. Le concepteur essai de découpler par essai-erreur.

Une conception couplée met en évidence l'existence d'une contradiction. Elle est surmontée en appliquant des principes inventifs ou de séparation.

S'applique à un objet physique, un procédé de

production, une organisation Limite le plus souvent ses applications aux systèmes technologiques (ses méthodes et outils sont issues de l'analyse de brevets)

Préconisation d'emploi de formes et de locations

d'entités de manière symétrique Le principe d'asymétrie est en opposition Préconisation d'emploi de pièces, méthodes,

opérations standards (minimisation des coûts et de l'information)

Préconisation de la plus grande tolérance dans la déclaration d'EF

Minimiser le nombre d'EF Ne va pas dans le sens d'une évolution pour augmenter la valeur, la satisfaction du client

Part des exigences fonctionnelles vers les

paramètres de conception. Démarre avec l'identification des contradictions, et les paramètres de conception ; pour revenir ensuite vers les exigences fonctionnelles.

Tableau 6: Divergences des deux approches, d'après [Yan 00a].

5.1.1.4 Synthèse

La définition du problème, la formulation et la minimisation des exigences fonctionnelles sont les clés d'une conception réussie [Suh 90].

Pour aborder correctement un problème de conception, il apparaît souhaitable de : ▪ Décomposer le problème, du point de vue fonctionnel et des paramètres de conception.

Il existe toutefois un paradoxe du processus de conception : un problème complexe doit être structuré, mais il est difficile de le décomposer car des données nouvelles émergent à tout moment. Il y a donc évolution des objectifs, du cahier des charges [Dar 00].

▪ Faciliter l'accès aux effets physiques. Plusieurs travaux de notre groupe s'attachent à cela : - les méthodes et outils MAL'IN® _{proposent une aide à l'identification des flux physiques}

(voir annexe III);

- des méthodes d'écriture et de qualification des modèles physiques sont proposées par Y. Vernat [Ver 04];

- R. Doré travaille sur la liaison entre les variables de conception et les variables critères sensorielles [Dor 03].

▪ Réunir les informations nécessaires et suffisantes, minimiser les exigences; cela implique qu'il faut pouvoir les sélectionner.

Mulyanto distingue trois types de connaissances nécessaires pour le déroulement de l'activité de conception [Mul 02] :

- connaissances sur l'objectif (performances, caractéristiques, etc.); représentées par le cahier des charges;

- connaissances sur le domaine : connaissances sur l'objet à concevoir, sur son environnement, sur ses interactions pendant l'utilisation, sur les réglementations.

- connaissances sur la démarche, notamment basées sur l'expérience (guides de conception).

Janssen [Jan 90] différencie les connaissances de validité qui engendrent des contraintes que doit obligatoirement satisfaire la structure de l'objet, des connaissances de préférence qui engendrent des contraintes que doit respecter au mieux la structure de l'objet. Il suggère que le concepteur spécifie progressivement son problème, par ajouts et retraits de contraintes de préférence.

Suh englobe dans les exigences fonctionnelles les contraintes suivantes [Suh 90] : - contraintes d'entrée : limites, restrictions de poids, taille, coût, matériau, performance; - contraintes système : imposées par l'environnement d'exploitation : comportement physique, capacités de production, etc.

Nous partageons donc l'idée de Janssen selon laquelle résoudre un problème de conception consiste à partir de spécifications fonctionnelles d'un objet, d'en construire une représentation vérifiant :

- le respect des lois physiques;

- la prise en compte des données impératives provenant de la phase de réalisation ou de fabrication de l'objet : matériaux ou ressources disponibles par exemple, limitations de coût, de temps, etc.;

- la prise en compte de critères portant sur l'objet (robustesse, coût, simplicité) ou sur sa réalisation (coût, facilité, temps, habitudes, etc.).

Une partie importante de mon travail consiste à proposer une méthodologie systématique pour examiner le CdCF, les normes, les critères de qualification, les règles métiers, les comportements physiques mis en jeu.

Des analyses au niveau fonctionnel, organique et structurel, physique permettent d'identifier les caractéristiques nécessaires et suffisantes du problème de conception préliminaire, à prendre en compte pour la recherche d'architecture.

La démarche d'analyse et de structuration d'un problème de conception préliminaire doit permettre la décomposition du problème et l'identification de ses caractéristiques structurantes :

- connaissances issues du CdCF; notamment performances, coûts, etc.; - contraintes provenant des interactions avec l'environnement du produit, des normes, etc., et qui engendrent des limitations, des restrictions, des impositions;

- démarches et règles métier;

- flux physiques et phénomènes mis en jeu;

- connaissances permettant de vérifier la validité de la conception et de la qualifier.