Tendances générales de représentation et de projets

L’explication du fonctionnement des systèmes reproduits ne semble pas poser de problèmes. 75% des participants ont pu répondre à l’exercice. Ils l’ont fait naturellement, autant par dessins (10%), que du texte (29%) ou des algorithmes (61%). Nous pouvons voir que les représentations par algorithmes sont majoritaires. Elles ne reprennent pas les codes de représentation présents en informatique et sont parfois imparfaites, mais se rapprochent de la réalité du fonctionnement réel par boucles sur une suite d’instructions (Figure 117).

Figure 117 Exemples de représentations d'un système mécatronique par des acteurs de la construction sous forme d’algorithmes.

Nous pourrions conclure que la représentation par algorithmes serait un moyen privilégié à adopter dans le cadre de ce type de projets. Toutefois nous devons prendre des précautions car le nombre de représentations sous forme texte et de dessins n’est pas anodin. Ceux-ci permettent sûrement de faire apparaitre autant les observations sur l’objet que sur son fonctionnement. Par ailleurs nous pouvons constater que certains d’entre eux se rapprochent de la description d’un algorithme, avec des séquences et des instructions. Les dessins peuvent faire apparaitre des éléments physiques, mais aussi des modélisations des cinématiques (Figure 118).

Figure 118 Exemples de représentations d'un système mécatronique par des acteurs de la construction (dessin).

Les exemples de texte, embrayent majoritairement sur le point de vue de l’opérateur de la machine pour enchainer sur les opérations de la machine. Par exemple :

"Lorsque j'appuie sur le bouton : 1) lecture de position

153 chaque interruption

2') Si angle <15° droite ou angle < 15° gauche. Déplacer de 1° en 1° avec lecture à chaque interruption

3) Si angle <1 à droite ou angle <1° à gauche -> arrêter moteur"

D’autres réduisent le système à ses composants et leur mise en correspondance :

"Contrôle led / Contrôle moteur

Fonctionnement suivant : Conditions/Capteur But : se mette d'Aplomb"

"-Le programme détecte s’il a une inclinaison du système (qui est visuellement représentée avec des diodes)

-Si « A » penche d'un côté, il corrige en incrémentant la position du moteur"

Ces résultats confirment nos hypothèses et viennent les affiner en nous donnant une première tendance générale sur les moyens d’appropriation. Il nous reste à vérifier si ces modes de représentations permettent aussi d’agir sur la conception, et s’il s’agit des bons supports pour la génération de concepts.

Proposer des optimisations

Les phases de propositions d’optimisations semblent plus délicates. Le nombre de participants ayant répondu à l’exercice tombe à 62%. Ici la représentation par algorithmes disparait au profit de textes (83%) ou de dessins (17%).

Si l’on regarde de plus près ces propositions, elles portent sur l’amélioration de la sécurité du personnel et de la qualité de la production.

"-Ralentissement du système une fois proche des 90° -Automatisation (éviter les manips sur des boutons) -Capteur pour un aplomb horizontal"

"Se fait à distance pour éviter contact entre homme/robot. Bouton d'arrêt en fonction des angles"

"Afficher le degré d'erreurs (ex -3°) + Un signal sonore" "Ajouter des capteurs pour vérifier :

-le bon étaiement

-Si la banche n'est pas voilée/ D'aplombs par rapport aux axes -Bien implantée par rapport aux axes d'implantation"

D’autres permettent d’ouvrir sur des réflexions. Faire état des enjeux sans forcément apporter de réponses :

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" Comment assurer la sécurité si la banche tombe ? S’il pleut, avec le vent ou en cas de mauvais appui"

"Vérifier si l'épaisseur demandée est bien respectée -> avec un capteur"

Les dessins sont moins nombreux, mais nous renseignent tout de même sur des aspects différents de la prise en considération des optimisations. Ils présentent parfois une vision plus détaillée du système avec la disposition des éléments. Ou à l’inverse, une prise de distance par la représentation de systèmes plus vagues (Figure 119).

Figure 119 Exemples de représentations pour l’optimisation d'un système mécatronique par des acteurs de la construction

Nous aurions pu penser que les propositions d’optimisations seraient figurées directement sur les algorithmes ayant servi à représenter le fonctionnement. Nous voyons ici que ce mode de projet n’est pas naturel. La continuité du projet ne dépend donc pas d’une continuité dans la représentation. L’algorithme est perçu comme un moment de fixation du projet, tandis que l’expression par textes et dessins ouvre le champ de la réflexion.

Construire un projet

Le nombre de participants ayant réussi l’exercice passe à 68% soit 19 candidats sur les 28 du panel. Les trois quarts se sont naturellement orienté vers des représentations par dessin et texte et 42% ont couplé les deux méthodes pour décrire le fonctionnement de leur projet. L’utilisation d’algorithmes ne représente que 21% des cas observés et ne sont jamais employés seuls.

Aucun des participants ne s’est exprimé par l’utilisation de maquettes. Le temps de l’expérimentation ne le permettait sûrement pas (40 minutes). Nous avons laissé l’opportunité aux participants de se lancer dans des étapes de prototypage sur leurs concepts ultérieurement, mais encore une fois, aucun n’a prolongé l’expérience au-delà.

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Description du fonctionnement Nombre Taux

Texte et dessin 8 42% Texte uniquement 5 26% Dessin et algorithme 3 16% Dessin uniquement 2 11% Texte et algorithme 1 5% Maquette 0 0% Algorithme uniquement 0 0% Total 19 100%

Si nous nous intéressons à l’utilisation effective du triptyque (capteurs, moteurs, programme), proposé comme base de définition des concepts, nous observons des difficultés d’appropriation. Seuls 21% des participants ont réussi à décrire un modèle complet, 11% n’ont pas du tout réussi et 68% ne l’ont fait que partiellement. Après entretien avec les participants sur ces difficultés, il apparait que leurs métiers ne font pas appel à un ensemble complet des tâches de construction.

Référence au triptyque (capteurs, moteurs, programme) Nombre Taux

Partiel 13 68%

Oui 4 21%

Non 2 11%

Total 19 100%

Si l’on se penche plus spécifiquement sur les références partielles, nous pouvons observer que les participants s’appuient majoritairement sur les éléments de mesure. L’organisation de chantier et le respect du modèle à construire ressortent dans ces exemples et marquent leur priorité sur les méthodes de fabrication.

Détail des références partielles Nombre Taux

Capteur 5 38%

Capteur + Programme 5 38%

Moteur 2 15%

Capteur + Moteur 1 8%

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Cette intuition se précise lorsque l’on observe la nature des projets. Seul 27% de ces projets se basent sur des concepts de fabrication (coulage et pose d’éléments). Le reste se base soit sur des tâches d’enlèvement de matière (32% de reprises et démolition) et sur de l’organisation de chantier (42% de logistique et sécurité).

Nature des projets Nombre Taux

Logistique 5 26% Démolition 4 21% Coulage 3 16% Sécurité 3 16% Pose d'éléments 2 11% Reprise 2 11% Total 19 100%

Toutefois le rapport entre la nature des projets et l’utilisation du triptyque ne se vérifie pas si nous les comparons statistiquement. Les opérations de fabrication pures semblent rendre l’utilisation du triptyque plus naturelle. Quelques applications en sécurité et démolition aussi, lorsqu’elles sont poussées jusqu’à une réflexion sur de la mise en œuvre.

Les opérations de fabrication ne mettant en jeux que de la pose semblent être développées de manière partielle, mais nous pensons que cela provient encore une fois d’une réflexion incomplète sur la mise en œuvre. Nos cas d’étude de coffrage présentés ne faisaient intervenir que la mise en place d’éléments ont servi de base à la définition du triptyque. Par ailleurs nos observations peuvent-être remises en cause car le jeu de données exploitables devient trop faible.

Utilisation du triptyque

Nature des projets Oui Partiel ou absente Total général

Coulage 2 1 3 Sécurité 1 2 3 Pose d'éléments 2 2 Reprise 2 2 Démolition 1 3 4 Logistique 5 5 Total 4 15 19

Si l’on regarde de plus près les projets, nous pouvons vérifier ces intuitions. Les réflexions faisant intervenir une cinématique de mise en œuvre complète font nécessairement appel à l’ensemble des

157 éléments du triptyque. On peut voir Figure 120 le développement de deux concepts proches mais dont l’aboutissement n’est pas le même. Celui de gauche fait référence à une machine et un élément à mesurer, mais ne définit par le programme de fonctionnement. Dans la définition des tâches constructives en études ces détails ne sont pas pris en compte, car laissés à la charge d’un opérateur. Cette méconnaissance de la mise en œuvre rend la définition de concepts incomplète. Dans le concept de droite, la mise en œuvre est décrite et sert de guide à la description du système. On voit alors apparaitre, tant dans le dessin que dans le texte, l’ensemble des références au type de capteurs et mesures impliquées, au moteur et les mouvements qu’il doit gérer, ainsi qu’au programme qui gère ces paramètres.

Figure 120 Exemple de concepts pour des systèmes automatisés de démolition/reprises. Création de passages de gaines dans une poutre (g). Création de passage de gaines dans un plancher (d).

Ces observations se retrouvent dans les concepts associés à des systèmes constructifs (Figure 121). Le système de droite décrit un concept de système pour le coulage de béton afin de constituer une dalle. Ici les capteurs sont internes au système mécanique, ce qui facilite leur choix. La cinématique complète de va et vient d’une buse pour la distribution de béton sur une surface pousse le concepteur à décrire le concept via l’ensemble des éléments de mécatronique. Le concept de gauche décrit une tâche de pose d’éléments préfabriqués. Ici les composantes mécaniques ne sont pas spécifiées. Elles sont pourtant nécessaires à la réalisation complète de la tâche car dans la réalité la pose fait intervenir une grue. Mais la pratique de la conception de la construction en bureau d’étude pousse à une réduction de la mise en œuvre où la grue devient un implicite. Un concept complet de système mécatronique aurait fait intervenir cet élément sous la forme d’une grue ou d’un élément mécanique ayant les mêmes fonctions.

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Figure 121 Exemples de concepts pour des systèmes constructifs automatisés. Pose et scellement d'une poutre en façade (g). Coulage d'une dalle par distribution de béton(d).

Le passage au prototypage n’apparait pas aisé. La production de concept passe plutôt par des descriptions d’un fonctionnement global par du texte et du dessin. La vérification de ces concepts devra être transmise via ces médiums. Le projet de prototypage de systèmes de mécatronique de construction ne semble pas mettre en jeu la pertinence du triptyque. C’est plutôt le découpage des tâches sur une opération complète de mise en œuvre qui va tronquer le raisonnement vers un système mécatronique. Il convient donc de faire intervenir tous les implicites dans la description du projet. La grue, les opérations de manutention ou manipulations, la règlementation, les mesures intermédiaires, sont autant d’éléments qu’il faudra faire réémerger dans la spécification du concept.

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4. Synthèse

Dans ce chapitre nous avons pu traiter de la question de l’intégration des outils de mécatronique de conception dans une pratique de conception des chantiers en entreprise générale de construction. Nous souhaitions valider l’existence d’une génération de concepts pour la robotique de construction par l’utilisation des outils de prototypage rapide.

Diverses activités associant des acteurs de la construction ont été mises en place. Services d’ingénierie technique, services d’études de prix et services d’encadrement de chantier ont été mobilisés à chaque étape pour explorer l’intégration des machines à commandes numériques et des microcontrôleurs dans leur travail de conception des chantiers.

Nous avons pu observer les modes de sélection des outils les plus pertinents pour leur usage et l’arrivée progressive de réflexions sur la robotique de construction. Nous avons aussi pu observer les freins à l’intégration de ces outils. L’inadéquation de leurs métiers avec des logiques d’innovation. L’impossibilité de traiter de sujets de fabrication car non prioritaires dans ces phases de conception.

Le développement de ces pratiques favoriserait il des réflexions sur la robotique de construction ? Nous avons pu voir que oui, car ces activités ont provoqué des réflexions sur les modes de production. Celles-ci sont rendues implicites dans l’étude des bâtiments. Elles deviennent des détails et n’émergent que lorsqu’elles deviennent des « sujets » à traiter. L’introduction des supports de prototypage rapide a poussé les acteurs étudiés à mobiliser ces connaissances constructives qu’ils laissent parfois de côté.

Ce mode de développement est-il pertinent dans une activité d’entreprise générale ? Probablement pas. L’apparition d’activités de modélisation a favorisé l’introduction des activités de prototypage rapide que nous proposions. Or, nous avons constaté que ces étapes de prototypage sont satellitaires. Les usages se portent sur la représentation ou la simulation de produit et non de modes de production.

Nous avons, toutefois, observé des réflexions plus riches sur les activités impliquant la conception de systèmes via les microcontrôleurs. Si leur introduction dans le travail des ingénieurs d’étude n’est pas envisageable, l’association de leur expertise apparait bien génératrice de concepts pour la robotique de construction. Il faudra alors faire un travail de traduction car la définition des systèmes constructifs n’est pas toujours complète.

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Chapitre 2. Projets de robotique de construction :