Identification et résumé des besoins

Le mandat confié à l’équipe consiste à concevoir une pompe à motricité humaine pour les populations des régions rurales de la Zambie. Ce projet est effectué en collaboration avec l’organisme humanitaire Ingénieurs sans frontières.

L’appareil est conçu dans le but de pomper l’eau accumulée dans des bassins de rétention pendant la saison des pluies, afin d’irriguer les cultures locales. Ce type d’équipement existe déjà et est couramment utilisé en Zambie. Les versions actuelles, souvent actionnées par des enfants, nécessitent un temps d’irrigation relativement élevé. Par conséquent, les enfants qui doivent irriguer les champs n’ont souvent pas accès à l’éducation par manque de temps.

Pour remédier à cette problématique, la pompe désirée doit diminuer le temps nécessaire pour irriguer un champ d’une superficie de un hectare. Cette pompe, actionnée simultanément par quatre utilisateurs, doit assurer un écoulement continu et être adaptable à tout type de cultures et de sols susceptibles d’être rencontrés en Zambie. L’appareil doit être en mesure de pomper une eau boueuse, à partir d’un trou de cinq mètres de profondeur. La pompe doit être transportable, sécuritaire et résistante à la corrosion. Elle doit être assemblée, entretenue et réparé sur place, dans un contexte où la main d’œuvre spécialisée d’existe pas. Par conséquent, les matériaux et les techniques de fabrication utilisées doivent nécessairement être disponibles localement. Finalement, le coût d’achat de l’appareil ne doit pas excéder 200USD.

4.4.2. Définition des objectifs

À partir des besoins énumérés précédemment, les objectifs primaires et secondaires du projet sont définis. Ceux-ci sont hiérarchisés et illustrés dans l’arbre des objectifs suivants :

Figure 5.2 – Arbre des objectifs pour le projet de la pompe à motricité humaine.

Les objectifs principaux se rapportent à la maximisation des performances de la pompe, l’optimisation de la convivialité et la minimisation des coûts. Ces objectifs principaux sont détaillés sous forme d’objectifs secondaires. Ainsi, les performances de la pompe sont évaluées par l’intermédiaire du débit et du temps d’irrigation ainsi que du nombre d’utilisateurs requis. La convivialité englobe les objectifs se rapportant à la mobilité de l’appareil, à sa facilité d’entretien, son adaptabilité aux types de sols et sa résistance à l’environnement. Le poids de la pompe, son niveau de sécurité et le confort qu’elle procure à ses utilisateurs son également considéré à ce moment. Finalement, les coûts de fabrication incluent le pourcentage de pièces standards, la disponibilité locale des matériaux et le prix d’achat de la pompe.

4.4.3. Élaboration du cahier des charges

Le cahier des charges de la pompe à motricité humaine est présenté au Tableau 5.1. Son contenu détaille les critères et sous-critères qui seront utilisés pour évaluer le niveau de satisfaction du produit face aux objectifs du projet. Les spécifications identifiées au cahier des charges réfèrent aux restrictions imposées par le contexte environnemental associé au projet.

Tableau 5.1 – Cahier des charges de la pompe à motricité humaine

Trois sous-critères sont retenus pour évaluer la performance de la pompe d’irrigation : le débit de la pompe, le temps requis pour irriguer une superficie de 1 hectare et le nombre de travailleurs nécessaire. Une pompe permettant d’assurer un débit de 8 000 litres d’eau à l’heure répond entièrement à ce critère alors qu’un débit inférieur à 5000 litres par heure amène le rejet

du concept. En ce qui a trait au temps d’irrigation, les pompes actuelles permettent d’irriguer 1 hectare en 4 heures. Ainsi, un concept permettant d’accomplir cette tâche deux fois plus rapidement répond entièrement à ce critère alors qu’une solution qui n’améliore pas la situation actuelle est rejetée. Finalement, la solution est considéré optimale si elle implique la participation de 4 travailleurs (minimum imposé par le projet) alors qu’elle est considérée moins intéressante si elle nécessite la présence de plus de 4 individus.

L’aspect relatif à la convivialité fait intervenir sept sous-critères : le nombre de modules, l’inclinaison du sol, la résistance à l’environnement, le poids d’un module, le confort et la sécurité des utilisateurs. Le nombre de modules réfère à la mobilité de la pompe. Ainsi, afin de faciliter le transport et l’assemblage du système, un nombre de modules se situant entre deux et quatre est idéal. Cependant, les restrictions du projet imposent que la pompe ne doit pas être démontable en plus de 15 modules. En ce qui concerne l’inclinaison du sol, il est considéré que la pompe peut être appelée à être utilisée sur un sol incliné jusqu’à 20°. Une adaptabilité insuffisante à ce niveau pénalise le concept proposé. La résistance à l’environnement est évaluée par l’intermédiaire de la durée de vie de l’appareil. La durée de vie recherchée est de 15 ans, alors qu’une durée de vie inférieure à 5 ans ne rencontre par les restrictions du projet et entraîne le rejet du concept. Le poids des modules individuels de la pompe ne doit pas dépasser 75 kg afin de faciliter son transport et son installation. Afin de satisfaire pleinement aux exigences du projet, le poids visé pour chacun des modules est de 15 kg ou moins. Le confort est considéré maximal lorsque les utilisateurs peuvent adopter une position assise alors qu’une position debout est acceptable. Finalement, le critère de sécurité assure que la pompe ne comporte pas plus de 3 éléments pouvant mettre en péril les utilisateurs.

L’aspect du coût de fabrication tient compte de trois sous-critères : la quantité de pièces standards, la disponibilité locale des composantes et le prix de vente du produit. Ce dernier critère limite le prix de vente à 200USD en fixant le prix idéal à 160 USD.

Références

BOUCHARD, Christian et ROCHELEAU, Michel (2005), COM-21573 – Ingénierie, design et communication, Notes de cours, Vol.2, Université Laval, 113p.

ULRICH, Karl T. et EPPINGER, Steven D. (2000), Product Design and Development, 2^ième ed., Irwin McGraw-Hill, USA, 358p.

5. Conceptualisation de solutions

Tel que mentionné précédemment, une erreur coûteuse souvent observée en ingénierie consiste à aborder la conception d’un produit en débutant par la génération d’un concept de solution unique basé sur des idées préconçues et des préférences du responsable de projet. À moins d’un concours de circonstances extraordinairement favorable ou d’un alignement parfait des planètes, cette façon de procéder mène rarement à la conception du produit optimal et implique souvent la conception et la fabrication successives de plusieurs versions différentes d’un même produit. Cette triste situation entraîne des pertes de temps et d’argent et peut résulter en l’échec du produit, voire même l’échec de l’entreprise.

La méthodologie proposée dans ce document permet de contrer cette mauvaise habitude en permettant à l’équipe de conception de générer plusieurs concepts de solutions distincts tout en s’assurant qu’ils soient complets et viables. Le positionnement de cette étape dans la chronologie séquentielle des évènements (Figure 6.1) assure que la conceptualisation des solutions ne débute pas avant que le problème ne soit clairement identifié. Par conséquent, les différents concepts de solutions proposés sont assurés de répondre à la même problématique ce qui facilite leur évaluation sur une base comparative unique.

Figure 6.1 – La conceptualisation de solutions.

Positionnement de l’étape de conceptualisation de solutions à l’intérieur du processus séquentiel de conception de produit.

L’étape de conceptualisation des solutions débute par une dissection fonctionnelle du produit, de façon à en identifier autant que possible les fonctionnalités indépendantes. Cette analyse mène à l’élaboration du diagramme fonctionnelle, une représentation schématique illustrant les fonctions du produit et faisant ressortir les interdépendances entre ces fonctions.

Par la suite, la génération des concepts s’effectue en proposant des idées de solutions partielles permettant de remplir chacune des fonctionnalités identifiées. Finalement, ces solutions partielles sont assemblées en tenant compte de leur compatibilité afin de construire des concepts de solutions complets et viables permettant de répondre adéquatement aux besoins du projet.