Décomposition fonctionnelle

Dans la démarche de Stone et al, l’objectif est de construire une base de produits comportant des données fonctionnelles et structurelles en se basant sur l’approche systématique de Pahl et Beitz. Cette méthodologie, appelée approche systématique [Pah96], est considérée comme l'approche méthodologique la plus complète en conception. Leur approche est de combiner diverses méthodes d'une manière logique et pratique. Dans leur méthodologie, des fonctions sont reliées pour décrire trois types de flux à travers un système: de l'énergie, la matière, et les signaux (informations), et la structure de fonctions est définie comme "combinaison significative et compatible des sous-fonctions dans une fonction globale [Kik03]". Les fonctions sont classifiées en tant que fonctions principales ou secondaires. Les fonctions principales sont les sous-fonctions qui remplissent la fonction globale directement, et les fonctions secondaires sont celles qui contribuent indirectement à la fonction globale.

La démarche se base sur la construction d’un modèle fonctionnel de produit, passant de la définition du besoin client à réalisation du modèle fonctionnel, en adoptant des bases fonctionnelles standard de fonctions et de flux (Figure 2-2).

Figure 2-2 : Génération du modèle fonctionnel [Sto00a]

2.2.1. Modèle boîte noire

Le service rendu à l’utilisateur par le produit est illustré par l’identification des flux sur un modèle boîte noire définissant la fonction globale du produit. Ce modèle (Figure 2-3) permet de cerner les liens du produit avec l’extérieur en terme de flux [Pah96, Sto97]. La génération du modèle boîte noire passe par l’identification de la fonction globale, l’identification des flux d’entrée et de sortie en correspondance avec les différents besoins client. Generate black box model Correlate customer needs to flows Create function chains Agregate function chains Check if customer needs are met Refined functional model Customer needs product use

Exemple du besoin client exprimé pour le tournevis électrique Puissant, rapide, vitesse variable.

Charge de batterie durable, temps de recharge court. Réversible, c.-à-d. vissage et dévissage.

Léger et de petite taille.

utilisation automatique et manuelle. interchangeables.

Poignée confortable.

Arrêt automatique si non utilisable.

Figure 2-3 : Modèle boîte noire du tournevis électrique [Sto97]

Dans cette démarche, l’identification des flux est faite à partir de besoin exprimé, ce qui peut faciliter une complétude dans la prise en compte de toutes les exigences de conception. Cependant, il manque une structuration et une catégorisation de ces exigences. On retrouve, selon notre point de vue, au même niveau des flux fonctionnels, des milieux extérieurs, des effets induits et des contraintes (Figure 2-4).

Figure 2-4 : Caractérisation des flux représentés dans le modèle boîte noire

Parmi les objectifs de cette démarche, on note la construction d’une base de données sur les produits et composants industriels. La catégorisation et la structuration des exigences

Milieux extérieurs

Effet induit

de conception n’est pas recherchée et ne présente pas un problème majeur dans le sens ou cette base constitue une sorte de nomenclature évoluée de produits.

2.2.2. Décomposition fonctionnelle

Comme cité précédemment, la décomposition fonctionnelle selon Pahl et Betz [Pal96], est la décomposition de la fonction globale en sous-fonctions. Les fonctions sont classifiées en tant que fonctions principales et fonctions auxiliaires. Cette représentation, passe par l’identification des flux sur un modèle boîte noire définissant la fonction globale du produit et ensuite la décomposition en sous-fonctions par la définition des flux mis en jeu et des actions à réaliser sur ces flux. Ce modèle permet l’extraction des sous-fonctions de niveau 1 (Figure 2-5).

La recherche des sous-fonctions est faite de la même façon que la décomposition vue dans l’architecture fonctionnelle.

Figure 2-5 : Premier niveau de décomposition [Sto97]

Cette représentation montre une analogie avec l’analyse fonctionnelle externe. Sauf que la distinction n’est pas faite entre différents types de fonctions à savoir (FS et FC) ainsi que les niveaux et les différentes situations de vie où sont situées ces différentes fonctions. Cependant les sous-fonctions de niveau 1 correspondent à celles de l’analyse fonctionnelle externe en terme de réponse au Besoin client. En plus la distinction n’est pas faite entre milieu extérieur, flux et effets induits.

La décomposition fonctionnelle se fait jusqu’aux fonctions de niveaux inférieurs, ce qui correspond selon l’architecture fonctionnelle aux fonctions machines FM et aux fonctions techniques FT. L’illustration est faite ici sur le même exemple du tournevis électrique.

Looosen / tighten screws

Use different bits Apply torque Work manually

Figure 2-6 : Exemple de décomposition hiérarchique du tournevis électrique [Sto97]

L’étape suivante est la création de chaînes de fonctions. Celle-ci est faite, en procédant dans un premier temps, à l’expression des opérations que le produit effectue sur les différents flux et leur formulation sous forme de sous-fonctions, et dans un deuxième temps, par l’organisation de ces sous-fonction d’un point de vue temporel en chaînes séquentielles et parallèles. Les sous-fonctions sont exprimées par un verbe et un complément (Figure 2-7).

loosen/tighten screws

Use different bits Apply torque

Work manually

Supply power Feel comfortable

Generate torque Use electricity Convert elect to torque Actuate electricity Supply electricity Regulate electricity Hold bit Accept bit Separate solid Couple solid Secure solid Withstand torque Support rotation Position device Allow rot DOF Secure rotation Dissipate torque Regulate rotation Regulate translation Rotate screw Transmit torque Withstand forces Transmit torque Change torque Rotate solid Dissipate torque Import hand Import human force

Figure 2-7 : Exemple de chaîne de fonctions d’un tournevis électrique [Sto97]

Cette démarche a été utilisée par ces auteurs pour une éventuelle mise en place de bases pour la conception modulaire [Sto00a]. Les modules sont identifiés sur un modèle fonctionnel intégrant les sous-fonctions de niveau inférieur et les flux mis en jeu. Les flux fonctionnels sont identifiés et représentés au même niveau que les flux liés à des effets induits. La prise en compte de ces derniers doit logiquement se faire, suite à une identification des comportements physiques mis en jeu, en fonction de la solution matérielle adoptée. Dans l’objectif de la mise en place d’une base de produits, tous les flux sont identifiés dans la mesure où la décomposition est faite en utilisant la description d’un système existant. Cependant, à notre avis, le passage des fonctions ou de l’architecture fonctionnelle à l’organisation structurelle du produit n’est pas bien identifié dans cette démarche. Nous chercherons dans la suite de notre travail à systématiser cette correspondance entre fonctions et composants.