4 Connaissance formalisée pendant la phase de conception architecturale

L'objectif de la conception architecturale est d'étudier la faisabilité des architectures issues des concepts définis par la phase de recherche de concepts, tout en tenant compte des différents critères du cahier des charges fonctionnel, mais aussi de la réalité physique du produit. Cette phase de conception préliminaire permet de définir l'architecture globale et les caractéristiques principales du produit à concevoir. L'ensemble des caractéristiques du produit est ensuite défini pendant la phase de conception détaillée.

Le concepteur doit ainsi remplacer les blocs fonctionnels, définis dans les diagrammes et organigrammes précédents, par des composants existants ou à dimensionner. Ces composants sont alors principalement définis par les variables (et les valeurs) identifiées pendant la phase de recherche de concepts, puisque ces variables sont directement liées au

Résolution par satisfaction de contraintes pour l'aide à la décision en conception architecturale

besoin fonctionnel. Ces composants ne sont pas tous encore clairement identifiés et peu de connaissances supplémentaires sont disponibles.

Pour les composants existants, les données constructeurs sont souvent accessibles (catalogue ou base de données). Lorsqu'il n'y a pas de choix de composants à faire, les données constructeurs peuvent alors être définies comme des constantes. Dans le cas des composants à dimensionner, ils sont détaillés afin d'étudier leur faisabilité, au même titre que le produit global. Le niveau de détails de ces composants doit alors correspondre avec la décomposition fonctionnelle et la hiérarchisation des fonctions définies pendant la phase de recherche de concepts. Ces composants à dimensionner peuvent ensuite être remplacés par des composants existants si leurs caractéristiques s'avèrent être compatibles. Le composant existant ainsi dimensionné ne l'a été que pour analyser plus profondément ses caractéristiques, l'AF ayant révélé des composants internes au rôle important pour la satisfaction du besoin fonctionnel lié au produit.

La figure 11 illustre ainsi la décomposition organique d'un système de conditionnement d'air dans un avion. L'analyse fonctionnelle effectuée précédemment définit que les principales contraintes de faisabilité sont liées aux échangeurs de chaleur qu'il convient de dimensionner. Les autres composants sont standardisés et nous pouvons utiliser les caractéristiques fournies par leur fabriquant (dimensions, rendement, prix, etc.). Toutes ne seront pas forcément utilisées, cela dépend du contexte d'exploitation de ces données (physique, géométrique, économique, etc.).

Figure 11 : Organigramme technique définissant la décomposition organique d'un système de conditionnement d'air dans un avion.

Ensuite, le concepteur identifie les phénomènes physiques qui interviennent au sein du produit, entre les blocs fonctionnels ou composants. Il s'appuie alors sur le bloc diagramme fonctionnel (voir figure 12) et hiérarchise les phénomènes en se rapportant à la décomposition fonctionnelle du produit. En se basant sur la connaissance définie par l'AF, il peut définir les plus pertinents et ceux qui peuvent être négligés. En effet, cette hiérarchisation des

Chapitre III - Élaboration et exploitation d’un modèle pendant la phase de conception architecturale

phénomènes physiques se base sur l'expérience du concepteur et la relation du phénomène physique avec les flux ayant ou non un rapport direct avec le besoin fonctionnel. La prise en compte de ces phénomènes permet, à terme, de relier, dans le modèle mathématique, les variables de conception aux critères en prenant en compte la topologie et le comportement physique du produit.

Figure 12 : Bloc diagramme fonctionnel et phénomènes physiques identifiés pour un échangeur de chaleur dans un système de conditionnement d'air d'avion.

La figure 12 présente ainsi les effets physiques identifiés pour un échangeur de chaleur dans un avion, ainsi que les variables caractéristiques de ces phénomènes. Une première catégorisation des phénomènes et des variables est faite afin de dissocier les effets physiques fonctionnels des effets physiques induits. Les effets induits sont classés/hiérarchisés et certains seront négligés.

Une fois les phénomènes physiques identifiés et hiérarchisés, le concepteur doit définir ceux qui peuvent être négligés et ceux qui doivent être pris en compte pour étudier de manière pertinente et réaliste la faisabilité du produit. Il se base alors principalement sur des retours d'expériences ou sur sa connaissance des phénomènes physiques et des technologies employées.

Ensuite il doit définir les modèles mathématiques qui vont permettre de formaliser la connaissance relative aux composants et à leurs interactions. Un même phénomène physique peut se modéliser de plusieurs manières. Ces différentes modélisations ne sont pas équivalentes du point de vue de la prise de décision. Elles ne représentent pas le phénomène avec la même précision et la même exactitude. Certains types de modélisation obligent à figer certaines caractéristiques, comme des topologies ou structures, ce qui peut alors spécialiser

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prématurément la représentation du produit. De même, toutes les modélisations n'ont pas la même complexité de résolution, mais aussi la même intelligibilité.

Par exemple, une modélisation par éléments finis est bien adaptée à de la simulation, mais pas à la conception préliminaire, et ce pour plusieurs raisons, dont :

− en général, le composant à dimensionner n'a pas nécessairement une structure interne

prédéfinie, ce qui empêche ce type de modélisation.

− les temps de calculs et le nombre de variables introduites sont contraires au souci de

parcimonie du modèle en cours d'élaboration.

D'autres modèles sont des modèles « boîtes noires ». Ils sont principalement utilisés lorsqu'il s'agit de composants existants et que l'AF n'a pas mis en évidence de variables pertinentes dans des niveaux inférieurs de l'OT dans la décomposition fonctionnelle de ces composants. Ce type de modèle définit généralement un composant ou un phénomène physique à l'aide d'une ou plusieurs relations reliant directement les variables d'entrée et de sortie. Ce type de modèle permet de ne pas exprimer le fonctionnement interne d'un composant, en se basant, par exemple, sur des données constructeurs liées au rendement ou à l'efficacité du composant. Dans ce cas, ces données sont souvent fournies avec une précision ou un niveau de confiance établis par le constructeur lui même. Il peut aussi être défini par retour d'expérience lorsqu'il s'agit de phénomènes physiques.

Une fois toutes ces caractéristiques formalisées, le concepteur obtient généralement un modèle global du produit qui lui permet d'établir dans un contexte décisionnel particulier la faisabilité d'un produit.