Présentation de l’approche systématique

L’approche systématique de la conception a été proposée par Gerhard Pahl et Wolfgang Beitz en 1988. La décomposition fonctionnelle selon [Pahl et Beitz, 2007] est une décomposition de la fonction globale en sous-fonctions. Cette approche propose une représentation du processus de conception en quatre phases :

Planification et clarification de la tâche (la spécification des exigences). Cette

phase a pour but la spécification des besoins dans une liste d’exigences. Elle permet d'obtenir une description des objectifs de l'étude basée sur les connexions entre les fonctionnalités du produit souhaité et les conditions de son obtention et de sa réalisation. Cette phase de conception correspond à l'établissement d’un cahier des charges décrivant les spécifications techniques et économiques à atteindre. Pour y arriver, les questions suivantes doivent trouver des réponses en collaboration avec le client: Quels objectifs la solution doit satisfaire?, Quelles sont ses propriétés?, et Quelles propriétés ne doit-t-elle pas avoir? Cette phase fait appel aux approches fonctionnelles afin de traduire les besoins du client en exigences fonctionnelles, comme le Quality Function Deployment (QFD) et débouche sur l'élaboration d'une liste d'exigences.

Conception conceptuelle (la définition du principe de solution). Cette phase a pour

but de déterminer une solution de principe. L’obtention de cette solution se base sur l’analyse fonctionnelle, l’emploi d’un moyen de résolution de problèmes et l’évaluation des alternatives disponibles. Elle demande d’établir la structure fonctionnelle, de rechercher et de sélectionner les principes de solution et de combiner les principes en concepts. L’analyse de la valeur est une méthode qui permet de mettre en œuvre la conception conceptuelle donc d’établir la structure fonctionnelle, de rechercher des solutions et d’évaluer pour sélectionner les principes de solution.

Conception architecturale (la matérialisation du concept et la définition de sa structure). La finalité de cette phase est de déterminer les choix structuraux, le choix des

composants, des principales dimensions du système ainsi que les formes et matériaux à utiliser. Lors de cette phase, le concepteur doit vérifier et affiner les critères techniques et économiques.

Conception détaillée (le détail du concept et la définition des plans). Cette phase

est la phase de production de plans, de la spécification détaillée et de la mise en place du processus de fabrication. Elle s’achève par la production d’une documentation détaillée décrivant complètement l’objet à réaliser.

L’approche systématique proposée par Pahl et Beitz ne propose pas une structuration du produit ou de la solution à concevoir. [Scaravetti, 2004 ; Ho Kon Tiat, 2006 ; Sallaou, 2008] dans leurs thèses, présentent les approches d'analyse et de structuration d’un problème de conception. En nous inspirant de ces travaux, nous passons en revue ces approches regroupées en deux catégories.

66 L’analyse fonctionnelle

L’analyse fonctionnelle permet d'identifier les fonctions structurantes associées au système. Selon la norme [FD X50-153, 2009], l’analyse fonctionnelle est la décomposition du produit à concevoir à travers les fonctions qu'il doit assurer et les contraintes qu'il doit respecter. Deux niveaux dans l’analyse fonctionnelle sont identifiés :

L’analyse fonctionnelle externe a pour but d’identifier les fonctions essentielles du

système. Un des outils pour l’approche fonctionnelle externe est le diagramme pieuvre (figure 3.13). Dans ce diagramme, les FS (Fonctions de Service) « expriment l’action attendue du produit sur un élément du milieu extérieur au bénéfice d’un autre élément de ce milieu, dans une phase d’utilisation » et les FC (Fonctions Contrainte) « traduisent les contraintes imposées au produit par un milieu extérieur et qui ont une influence sur le choix et la définition du futur produit » [Sallaou, 2008].

Figure 3.13. Diagramme pieuvre [Sallaou, 2008].

L’analyse fonctionnelle interne a pour finalité d'analyser les modalités de réalisation

des fonctions identifiées durant l'approche externe. Un des outils utilisés dans l’analyse fonctionnelle interne est le diagramme FAST (Function Analysis System Technique). La figure 3.15 en montre la structure.

Figure 3.14. Function Analysis System Technique (FAST) [Yannou, 2008]. L’approche organique

Selon Sallaou [Sallaou, 2008] « la définition complète d’une solution de conception passe par le choix des composants et les variables de définition liées à ces composants ». Pour cette raison une décomposition organique du produit à concevoir est nécessaire. L’approche organique a pour but de décomposer structurellement un système afin de faciliter la gestion du problème de sa conception, grâce au fait que les éléments constitutifs sont répertoriés et classés [Ho Kon Tiat, 2006]. Les trois diagrammes suivants sont définis par [Sallaou, 2008] : Comment? ^Pourquoi? Qu an d Fonction d’ordre supérieur Fonction de base Fonction dépendante Fonction indépendante

Domaine du problème étudié FS : Fonction de Service FC : Fonction Contrainte FC1 FC2 FC3 FS1 Milieu 1 ^{Milieu 2} Milieu 4 _{Milieu 3} Le produit

67 L’Organigramme Technique (OT): La décomposition organique permet de

décomposer le produit en différentes entités qui le composent. L’OT est un graphe qui permet de décomposer le système en plusieurs niveaux. L'Organigramme Technique étendu (OTé) permet de faire apparaitre les milieux extérieurs au système, à différents niveaux, dans la constitution de l’OT (figure 3.15).

Figure 3.15. Organigramme Technique étendu (OTé) [Ho Kon Tiat, 2006].

Le Bloc Diagramme Fonctionnel (BDF): Cette représentation permet d’exploiter les

informations issues des phases de décomposition fonctionnelle et de décomposition structurelle à différents niveaux systémiques (Figue 3.16). Le BDF est un outil qui représente les différents composants, les flux fonctionnels, les interactions et les composants d’interaction s’il y a lieu. Cette représentation peut être à différents niveaux systématiques [Sallaou, 2008].

Figure 3.16. Bloc Diagramme Fonctionnel (BDF) [Ho Kon Tiat, 2006].

Le Graphe des associations Substances-Champs (GSC) : Cette représentation est

une version du BDF qui permet d'intégrer les matières dans des blocs à part entière. Comme présentés à la figure 3.17, les composants, les milieux extérieurs et les matières sont identifiés à un même niveau comme étant les substances. Les flux transitant entre ces substances correspondent aux champs caractérisés par des verbes d'actions [Ho Kon Tiat, 2006]. Dans ce graphe, « les BDFs font apparaître les éventuelles interactions qui se produisent entre les substances » [Sallou, 2008]. Contact Flux de matière 1 Flux de matière 2 Unité 2 Unité 1 Milieu extérieur 2 Milieu extérieur 1 Composant 1 Composant 2 Composant 2.2 Composant 2.1 Système Unité 1 Unité 2 Milieu extérieur 2 Composant 1 Composant 2 Composant 2.2….n Composant 2.1 Composant 2.2

Unité 3 Milieu extérieur 1

Niveau systématique 0 1 2 3 n

68 Figure 3.17. Graphe d'association Substance-Champs (GSC) [Sallaou, 2008].

La figure 3.18 issue de [Scaravetti, 2004] résume les phases d'analyse, de structuration et de formalisation des modèles pour un problème de conception architecturale. La démarche est composée de quatre approches : (1) L’analyse du besoin permettant l’expression du besoin client et des critères de qualification de la conception de son point de vue: critères technologiques, critères économiques ou critères de qualification au niveau de l'entreprise ou du marketing ; (2) L’approche fonctionnelle énumérant les situations de vie et les fonctions structurantes du produit ;(3) L’approche organique décrit la structure du produit, en utilisant un organigramme technique ;(4) L’approche physique identifie, grâce à des outils de description des flux, tous les phénomènes physiques pertinents permettant de décrire le comportement du produit.

Figure 3.18. Synthèse des approches d’analyse et structuration du problème de conception [Scaravetti, 2004]. 2

3

4

Démarche Outils Eléments structurants

- Expression fonctionnelle du besoin

- Expression des critères de qualification

- Situations de vie de référence (client)

- Hiérarchisation des fonctions - Situations de vie pertinentes - Fonctions structurantes

- Eléments standards (à choisir ou dimensionner)

- Eléments non définis - Contraintes d’interfaces

- Description des flux fonctionnels et effets induits - Conditions aux limites - Mise en évidence des comportements physiques pertinents et des couplages

Approche organique Décomposition structurelle Approche physique : Analyse des flux

Analyse du besoin AF externe : analyse des milieux extérieurs OT étendu premiers niveaux BDF→ Graphe substances-champs AF externe : ACV Questionnaire- CdC marketing 1 Approche fonctionnelle Analyse du CdCF Besoin-fonction globale

Agit ^{Agit nuisiblement} Contraint

Milieu extérieur Induit un effet Induit un effet Composant 1 Composant 2 Agit Bloc fonctionnel 2

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