1.6 Définition d’une organisation opérationnelle de la phase de synthèse
1.6.1 Quelques exemples d’organisation de la phase de synthèse
Certains auteurs ont élaboré des logiciels permettant de définir des niveaux de priorité dans les étapes de synthèse [AA00]. La démarche est basée sur les relations étroites existant entre les fonctions attendues et les paramètres de conception. Ces relations sont révélées par une matrice
de relations dérivée de la matrice de corrélation utilisée dans la méthode qfd. Elles sont alors
représentées par un graphique de type sagittal et constituent la base d’élaboration de l’organi- gramme de conception. Cet organigramme sert de canevas au déroulement de la phase de synthèse en proposant une chronologie d’actions. Ainsi, pour un mécanisme connu, ont peut établir une planification des actions de conception visant à rationaliser les temps de développement. Cette méthode risque de devenir relativement lourde avec l’augmentation du nombre de fonctions et de facteurs de conception. De plus, l’évaluation qualitative des interactions fonctions/facteurs et de la prépondérance des fonctions attendues est très subjective et dépend fortement du niveau d’expertise de l’utilisateur.
Dans les premières étapes de la synthèse (particulièrement l’avant-projet), il n’est pas tou- jours facile de transcrire les fonctions attendues, souvent qualitatives. A. Medland propose une stratégie de décomposition de ces problèmes [MM00]. Les fonctions attendues sont transcrites en contraintes qui seront vérifiées dès qu’un niveau de définition suffisant sera atteint. Le méca- nisme prend la forme d’un modèle paramétré dont les paramètres constituent les variables d’un problème contraint. Ce problème est décomposé selon la (ou les) méthode de décomposition la mieux adaptée, tandis que son intégralité est gérée par une méthode de maintien de cohé- rence. L’étude dévoile différentes stratégies de résolution, du changement minimal à la solution intégralement nouvelle, qui mènent à des solutions fort différentes. On remarque à ce sujet que certaines stratégies conduisent à des architectures du système (un vélo pour l’exemple) opposées à l’architecture primaire, ce qui n’est pas toujours souhaitable.
L’approche proposée par Pahl et Beitz nommée « systematic approach » [PB96] s’articule autour d’une méthode de factorisation qui consiste en un éclatement du système étudié en sous- systèmes plus simples à étudier. La résolution de chaque sous-problème, que l’on tente de rendre parfaitement indépendant, peut constituer une tâche dont le résultat servira à la construction du système (figure 1.8). Cette méthode conduit à la construction d’une structure de fonction grâce à laquelle on pourra mener une recherche des principes de fonctionnement8. Cette approche est souvent retenue pour l’automatisation du processus de conception.
La structure de type hiérarchique qui s’appuie sur un classement des fonctions de service de complexité décroissante est très fréquente. La complexité est souvent liée au manque, vo- lontaire, d’information sur les relations entrées/sorties de cette fonction, ou à la sophistication
8. « working principles ». Ce sont des sous-ensembles qui font apparaître les principes physiques ainsi que les géométries et matériaux caractéristiques aptes à remplir une fonction.
Overall problem Sub−problems Individual solutions (System elements) Individual problems Sub−solutions (Sub−systems) Overall solution (System)
de cette fonction. Une telle structure hiérarchique a déjà été proposée dans [Gui87]. Elle s’ap- puie sur la définition par niveau d’une machine (en l’occurrence un hélicoptère) et débouche sur la proposition d’un processus de conception de machine connue. Ce processus a fait l’objet d’un traitement informatique dont nous reparlerons ultérieurement. L’auteur a démontré qu’en partant d’une définition fonctionnelle globale descendante, qui mène aux caractéristiques par- ticulières des éléments constitutifs, et ce en partant des caractéristiques les plus générales, on atteint un niveau seuil de définition correspondant à la définition des liaisons simples. De ce niveau, il suffit alors de « remonter », par une définition technologique, vers la machine. On note la proportionalité inverse de certaines caractéristiques du sous-système étudié comme, par exemple, la définition technologique qui croît à mesure que la taille du sous-système diminue (fig. 1.5). Dans l’optique d’une optimisation du produit conçu, cette organisation peut mener à un découpage facilitant la résolution du problème d’optimisation [BS70].
Fig. 1.9 – Conception distribuée selon [Deg96].
Le découpage entraîne un besoin d’échange d’informations durant la phase de conception. Afin de travailler en (quasi-)complète autonomie, les agents requièrent un certain nombre d’in- formations qui fixent leur cadre d’évolution. La quantité d’informations nécessaires dépend es- sentiellement du découpage fonctionnel et de la chronologie d’activation des différentes tâches de conception. Ces informations transversales seront caractérisées par des variables de liaison lors de la mise en équation des sous-problèmes. Selon ce principe de conception distribuée, I. Degir- menciyan propose une structure multi-agents [Deg96] dans laquelle le problème de conception est morcelé selon des critères d’expertise métier. Cette approche, apparentée aux concepts de l’intelligence artificielle distribuée, s’appuie sur une architecture « d’entités expertes » indépen- dantes, nommées agents concepteurs, en charge d’une partie de la conception. Les éventuels conflits naissants à l’interface des domaines d’étude de chaque agent concepteur seront pris en charge par un agent superviseur. Cela est rendu possible par la structure hiérarchique représen-
Ensemble des variables liées par une contrainte spécifique Ensemble des variables liées par une contrainte de liaison Variable spécifique Variable de liaison S11 S12 S21 S22 S23 SN1 SN2 L1 L2 L3 Lij Sij Sous−Problème 1 Sous−Problème 2 Sous−Problème N
Fig. 1.10 – Formalisation d’un problème de conception distribué selon [Deg96].
tée figure 1.9. Cette structure s’adapte parfaitement au paradigme du choix contraint orienté par objectifs [Zha97]. Le problème de conception est donc formalisé comme un ensemble de sous-problèmes liés entre eux par des contraintes de liaisons (figure 1.10). On adopte, pour la ré- solution des conflits, une méthode hybride de distribution des contraintes de liaisons sur chaque agent concepteur, et sur l’agent superviseur pour l’arbitrage des conflits. Cette redondance de contraintes a des conséquences en termes de temps de calcul.
Le découpage hiérarchique que nous proposons ci-après est basé sur une analyse de l’ensemble des démarches que nous venons d’évoquer. Les observations qui ont orienté notre choix vers le principe de découpage de l’activité de conception en tâches sont les suivantes :
– La complexité des systèmes conçus est telle que l’on doit morceler le travail afin d’en répartir la charge sur des intervenants multiples.
– La rationalisation des tâches de conception mène à favoriser l’hyper-spécialisation des agents de conception, et donc à multiplier leur nombre.
– La diversité des métiers impliqués dans la conception, qui est un pendant de la complexité des produits développés, implique la présence d’agents concepteurs de compétences variées. – La conception optimale des systèmes conçus ne peut actuellement se faire de façon glo- bale. Il est nécessaire de produire un ensemble de sous-systèmes modélisables plus ou moins indépendamment, afin de simplifier la formulation mathématique des problèmes d’optimi- sation.
– Le mode de pensée humaine (mono-tâche) tend naturellement à séparer les activités co- gnitives. Il serait erroné de penser que la formidable puissance de calcul actuellement disponible permet de venir à bout des problèmes mathématiques de taille et de complexité importantes. Les processus de calculs en parallèle requièrent, eux aussi, une grande rigueur dans l’assignement des tâches.
Nous proposons donc, dans la partie suivante, une organisation opérationnelle qui tente d’allier les avantages du traitement parallèle avec une organisation séquentielle de l’activité de concep- tion.