Chapitre 5 Analyse et structuration du problème de conception
5.4 Etape 1 : analyse du besoin
5.4.2 Critères de qualification client
Le client doit exprimer ses critères de pertinence de la conception. Ce sont ces critères qui vont lui permettre de qualifier la conception proposée.
Aoussat parle de critères de tri, qui sont exprimés dans la phase de traduction du besoin, et qui permettent en phase finale d'effectuer le tri et le choix de concepts [Aou 96].
Le client de la conception peut être :
- Le client final du produit à concevoir; auquel cas certains critères et fonctions internes ne le concernent pas et ne font pas partie de ses critères de qualification;
- Un service de l'entreprise, un donneur d'ordre, un prescripteur, un organisme vérificateur : il peut être intéressé par des critères liés à des fonctions internes, des critères permettant d'évaluer le comportement physique attendu par le client final, qui seront exprimés au cours des étapes suivantes de la démarche.
Beaucoup de méthodes de la littérature listent des critères d'évaluation de concepts
ou d'architectures. Nous vérifierons ultérieurement (§0) que ces critères se retrouvent dans
ceux que nous proposons dans cette étape ou les suivantes.
Les différents critères de qualification client inventoriés ont été classés en trois catégories : critères technologiques (fonctionnels ou structurels), critères économiques et critères de qualification propres au service marketing ou pertinents du point de vue de l'entreprise cliente de la conception.
Les trois paragraphes suivants vont lister et expliciter ces critères. Ils sont ensuite récapitulés dans le Tableau 7 (§5.4.3).
5.4.2.1 Critères technologiques
- Performances attendues par le client (on les retrouve ensuite dans les fonctions de service).
- Durée de vie minimale.
- Sûreté de fonctionnement : Ces critères correspondent à ceux qui ont été énoncés pour la qualification concepteur (§4.1). Les indicateurs opérationnels sont [Mon 00] :
- Fiabilité;
- Disponibilité;
- Maintenabilité : - aptitude à être maintenu, caractérisée en maintenance par un temps (MTTR)
- contraintes technologiques (facilité de démontage, réparabilité, accessibilité, outillage spécifique, etc. ).
- Sécurité : sa quantification passe par une analyse du risque [Pre 94]; les exigences de certification aéronautiques par exemple (JAR, etc.) imposent des contraintes liées à la sécurité.
- Robustesse : faible dépendance aux facteurs extérieurs ; susceptibilité du système à des facteurs nuisibles ou à des effets qu'il génère (froid, corrosion, chaleur, etc.).
- Autonomie.
- Risque de conception : le §1.2 a listé les facteurs de risque en conception. Leurs
conséquences sont essentiellement relatives aux coûts ou aux délais.
D'autre part, l'indice de criticité ou Indice de Priorité de Risque (IPR) permet de quantifier les risques liés à un ensemble, à un composant [Lan 02].
▪ Critères structurels : Ils concernent des attributs du produit relatif à sa structure. - Masse.
- Encombrement.
- Résistance à l'environnement : atmosphère, vibrations, corrosion, etc.
- Complexité : elle se définit comme C = Σ j * Fj , où j est le niveau de la décomposition fonctionnelle et Fj le nombre d'éléments ou composants à ce niveau [Bas 99] [Ull 03]. La description fonctionnelle que ces auteurs utilisent correspond en fait à l'organigramme technique. Il faut que celui-ci descende jusqu'au niveau composant pour pouvoir évaluer correctement la complexité d'une conception. Cette évaluation peut être relative et permet de comparer des solutions de conception entre elles. S'il s'agit de reconception, la référence est la complexité de la solution existante.
5.4.2.2 Critères économiques
- Coûts : - financier (industrialisation, production, recyclage maintenance; coût de possession);
- énergétique;
Plusieurs modèles d'estimation des coûts sont utilisés aux différentes phases du cycle de vie du produit. Durant la conception préliminaire, Lonchampt et al. proposent décrivent deux modèles :
Le modèle paramétrique : Selon cette approche, le coût est relié à des paramètres techniques du produit (masse, volume, etc.). Son évaluation est basée sur des calculs statistiques à partir de coûts de conceptions précédentes [Lon 02]. S'il s'agit de conception innovante sa mise en œuvre est délicate.
La modèle analogique : Le coût d'un produit est calculé à partir du coût de ses fonctions, en se basant sur des fonctions de produits précédents. Cela suppose que des fonctions similaires de produits différents engendrent des coûts similaires. De plus, cette approche nécessite une base de donnée de fonctions et de leurs coûts [Lon 02].
- Possibilités d'investissement : outil de production (machines, procédé..), outillages; évaluer les risques encourus vis-à-vis des choix concernant les processus et méthodes de fabrication.
- Développement durable : C'est une approche plus globale que l'éco-conception [Jan 00]. Il s'agit d'un type de développement qui permet de satisfaire les besoins des générations présentes, sans réduire la possibilité des générations futures de satisfaire les leurs [IFE 03]. Plusieurs indicateurs spécialisés existent. D'une manière plus globale, l'indicateur d'éco- efficacité [Jan 00] ou d'éco-efficience [Ver 00] consiste à mettre en regard la performance économique et la performance environnementale. Il s'agit d'une mesure relative de l'impact sur l'environnement. Il est également possible de prendre en compte la totalité du coût du cycle de vie (Life Cycle Costing).
Ces critères se rajoutent aux critères de qualification concepteur relatifs à l'éco-conception (§4.1.1.3).
5.4.2.3 Critères de qualification société, marketing
Ce sont les critères relatifs à des contraintes globales de l'entreprise ou du service marketing.
- Le "Time to market" peut se traduire par "temps de mise sur le marché" : délais, date de fin de développement, planification de projet et contrôle, date livraison. [Ull 03] indique que la durée d'un projet peut s'évaluer ainsi :
Temps (heures) = A*complexité*D0.85
- A est une constante dépendant de la taille de l'entreprise et de la circulation de l'information (A=30 pour une petite entreprise avec une bonne communication, A=150 pour une grande entreprise avec une communication moyenne).
- D est la difficulté du projet (1: peu difficile, utilisant des technologies connues ; 2: difficile, peu de technologies nouvelles ; 3: très difficile).
- Coûts objectifs, marge, quantités.
- Coût de possession produit : achat, mise en service, entretien, emploi, évacuation.
- Risques encourus en matière de coûts et de délais. Pour une phase du cycle de vie, le risque est défini comme grandeur à deux dimensions caractérisant une évènement
redouté : la probabilité d'occurrence et la gravité des conséquences (définie en terme de perte de performance ou de coûts) [Gre 99].
- Exportabilité (règlements, normes en vigueur dans les pays visés).
- Ergonomie, facilité de contrôle, accessibilité, interface homme/machine, sécurité.
- Effets sur l'environnement : génération de bruit, vibrations, odeurs; variation de température, humidité, etc.
- Mise en œuvre du produit (facilité, rapidité).
- Perception : esthétique, finition et surface, qualité perçue ; image de marque, de gamme ; tendances ; culture.
- Fonctions socio-économiques du matériau : mode, pollution ou recyclabilité (respect de l'environnement), sécurité, etc.
5.4.3 Caractérisation
Le Tableau 7 indique les moyens de caractérisation (deuxième colonne) des critères de qualification que nous venons de lister.
La colonne "écriture" précise le formalisme d'écriture d'une contrainte permettant l'évaluation quantitative du critère. Il s'agit souvent d'inégalités, par rapport à un référence dont l'origine est précisée dans la colonne suivante.
Critère de
qualification Caractérisation Ecriture quantitative) (évaluation Origine des valeurs références Evaluation qualitative Réfé-rence ▪ Critères technologiques - Critères fonctionnels Performances attendues Rendement \ puissance \ paramètre physique (force, vitesse, température, pression) Productivité (nombre d'actions par unité de temps)
Performance ∈ [x,y] Performance∈{x,y,z} Performance > x
[x,y] : cahier des charges {x,y,z}: catalogue Réglementation Critères des normes Paramètre ∈ [x,y]
Paramètre < x
Normes Durée de vie
minimale MTTF : mean time to (first) failure MTTF > x Cahier des charges (CdC)
[Lig 92] Fiabilité MTBF : mean time between
failure MTBF > x CdC
[Lig 92] Disponibilité Indicateur de disponibilité
opérationnelle :
Dop = MTBF/ MTBF+MTTR
1> Dop > x
CdC [Mon 00]
-MTTR : mean time to repair
-Taux de composants standards MTTR > x CdC
[Lig 92] Maintenabilité
-Facilité de nettoyage Oui \ Non
-Critère AMDEC: Criticité= niveau gravité * proba. occurrence * proba. non détection
Criticité < x Choix R&D [Lan 02] [Gar 94] Sécurité
-Exigences de certification Critère < x Normes
Robustesse S/B (Signal/Bruit) S/B maxi Choix R&D [Tag 03] Autonomie -Energétique (durée de Autonomie > x CdC
-Ne pas nécessiter d'intervention
humaine Oui \ Non
- Critères structurels
Masse Masse totale, maximum (ou
minimum) Masse < x CdC Dimensions minimum (ou
maximum) Dimension > x CdC; normes, réglementation Encombrement
Coefficient volumique de l'emballage : CVE = Vol. parallélépipède emballage / Vol. contenu 1< CVE < x CdC; Normes, réglementation [CEN00] Résistance à
l'environnement Niveau maxi de température \ pression \ humidité \ salinité \ vibrations (amplitude, fréquence) etc.
Température < x
… CdC
Complexité Complexité C = Σ j * Fj C<C réf. \ Cmin Choix R&D [Bas 99] ▪ Critères économiques
Coût
d'industrialisation
Coûts outillages+machines \ main d'œuvre
Coûts de mise au point
Coût < x Management projet Coût de
production -Coûts fonctionnement machine \ unité de production\ main d'œuvre
-Coûts création/suppression emploi
-Durée de production, séries
Coût < x Durée < x Management projet CdC [Fen 00] Coût de
possession -Consommation énergétique -Coût du cycle de vie (acquisition, exploitation, maintenance) Coût < x Consommation<x Contenu énergétique <x CdC, Marketing [Mil 03] Coût de maintenance préventive
Coûts intervention \ pièces Temps de démontage Coût < x Temps < x CdC; Marketing [Sod 04] Coût de recyclage Coûts démontage \ traitement
etc. Coût < x Normes, réglementation
[Mil 03] Coûts objectifs Coût de revient (composants,
matériaux, fabrication, matière, emballage, etc.) Bénéfice Coût < x Bénéfice > x Analyse de la valeur CdC; Marketing Capacité
investissement Investissement nécessaire \ investissement possible Coût < x Management projet Recyclabilité -% masse totale recyclable
-Irréversibilité des liaisons (démontable \ non démontable) -Compatibilité des matériaux (oui \ non) -Nombre de matériaux %masse < %maxi Nbre matériaux < x Normes, réglementation Démontable compatibles Oui \ Non Développement
durable Indicateur d'éco-efficience=valeur des produits / impact environnemental Indicateur < x Normes, réglementation Marketing [Jan 00] [Ver 00] Consommation d'énergie Consommation<x CdC;
Marketing Impact environnemental (durant les différentes phases du cycle de vie : -Consommation de matière, d'eau
-Indicateur d'impact sur les ressources
Consommation<x IIR < x
Normes,
Emission de gaz, de polluants, de déchets:
-indicateur d'impact "effet de serre": kg de CO2 équivalent émis
-indicateur d'impact "destruction couche d'ozone": kg de CFC-11 équivalent émis etc.
Rejet < x Normes, réglementation
[Mil 03]
Génération de chaleur : flux de
chaleur Flux < x Normes, réglementation fabrication,
distribution, utilisation, retrait etc.)
Génération d'humidité : flux de
matière Flux < x Normes, réglementation ▪ Critères de qualification société, marketing
Délais de
développement -Temps (h) = A*complexité*D0.85
-Taux d'éléments nouveaux (cf organigramme technique) Temps < x %élém. nouveaux<x Management projet [Bas 99] Risques: conception, coûts, délais -IPR = gravité*occurrence*validation -Dépassements potentiels : coûts, délais IPR < x Dépass. potentiel<x Management projet [Lan 02]
Temps \ qualification nécessaire Temps < x CdC; Marketing
Qualification Oui \ Non Mise en
fonctionnement
Mise en route Mise en température , etc. Temps < x CdC Niveau de bruit généré Niveau de bruit<x Normes,
réglementation
Génération d'odeur Oui \ Non
Impact
environnemental (nuisances)
Nuisance visuelle Oui \ Non
Perception
utilisateur -Qualité environnementale -Sensations perçues (sécurité, ergonomie, confort,
performance, solidité, esthétique, etc.)
Voir critères éco. Travail en cours (thèse R. Doré)
CdC; Marketing
[Dor 03]
Tableau 7: Caractérisation et écriture des critères de qualification client.