FORMATION À LA CONCEPTION DISTRIBUÉE DE MACHINES
INDUSTRIELLES (CODIMI) : COMMENT LES ÉLÈVES
PRENNENT-ILS COLLECTIVEMENT EN COMPTE LES
RISQUES DE DÉFAILLANCE DE LA MACHINE ?
Michaël HUCHETTE
G.D.S.T.C.-L.I.R.E.S.T., E.N.S. Cachan
MOTSCLÉS : GÉNIE TECHNIQUE ÉVALUATION DE SOLUTIONS
DÉMARCHES DE FORMATION
RÉSUMÉ : La recherche porte sur l’objectivation des activités d'un groupe de trois étudiants en
licence de technologie mécanique à l'E.N.S. de Cachan pendant une formation pratique à la conception distribuée de machines industrielles. Cette objectivation est centrée sur les processus collectifs de proposition, d'évaluation et de décision lors du choix d’une solution, les points de vue d’anticipation pris par les étudiants, les connaissances utilisées lors de l'évaluation d'une solution.
SUMMARY : The research deals with the description of a three students group activities during a
training in distributed engineering design. They are preparing a degree in mechanical and technological studies at the French training college for teachers "École Normale Supérieure de Cachan". This description focuses on the collective proposals, evaluations and decisions in order to obtain a final choice, on the students’capacities of anticipation, the way they use their knowledge to evaluate a solution.
1. INTRODUCTION
L'objectif des questions que nous nous posons, dans le cadre d'une thèse en didactique, est d'analyser les écarts entre les activités de conception en entreprise et à l'école.
Lors de la conception de machines industrielles, dans une organisation du travail de type ingénierie
concourante, des spécialistes issus de métiers différents collaborent très tôt dans des équipes-projet.
Alors que le produit n’existe pas encore, ces concepteurs doivent anticiper et simuler mentalement l’existence future du produit et de son environnement au cours de sa fabrication, de sa vente, de son transport, de son utilisation, de sa maintenance et de son recyclage. Chacun des acteurs des différents métiers doit imaginer les tâches qu'il aura à réaliser à un moment de la "vie" du produit. Chaque métier correspond donc à un point de vue particulier sur la machine à concevoir. Nous appellerons point de vue métier ce point de vue consistant à anticiper des tâches d'un métier particulier qui contribuent à l'existence du produit. Sur cet aspect, on peut se demander ce qu'apporte le travail collectif en formation à la professionnalisation des étudiants.
Nous nous proposons donc de caractériser comment un groupe d'étudiants prend en compte, lorsqu'il conçoit une machine, les risques de défaillance de celle-ci. Nous montrerons d'abord quelle dynamique collective de conception anime le groupe observé. Puis nous nous centrerons sur l'activité d'évaluation de solutions, les points de vue qui y sont pris et les connaissances qui y sont en jeu.
2. CADRE DE RÉFÉRENCE
2.1 Un modèle de démarche de conception : Proposer Évaluer Décider
De façon générale, concevoir un objet consiste à concrétiser les spécifications fonctionnelles (ce à quoi l'objet va servir) en spécifications physiques (une description matérielle) et à détailler ces spécifications dans l'objectif de le fabriquer et de permettre son utilisation (Darses, 1997).
Le modèle "Proposer→ Évaluer→ Décider" est un modèle de démarche de conception. Selon ce
modèle, concevoir, c'est, de façon chronologique :
• proposer une ou des solutions techniques, c'est-à-dire les désigner comme solutions possibles
pour assurer les fonctions souhaitées ;
• évaluer les solutions proposées. Il s'agit de porter un jugement critique sur la valeur de la
solution proposée par rapport à des critères. Ces critères existent en référence aux fonctions que la machine doit assurer (c'est-à-dire les performances à assurer et les modes de défaillance à éviter) et
aux contraintes des différents métiers qui interviennent sur le produit, de sa conception à son recyclage ;
• décider d'adopter ou de ne pas adopter les solutions proposées.
Pour décrire la dynamique collective de conception du groupe de 3 étudiants, on identifiera les moments de proposition, d'évaluation et de décision des différents étudiants et leur succession chronologique et logique.
1.2 PYSTILE : un modèle de structuration des connaissances de construction mécanique.
Le modèle PYSTILE (Pyramide de Sciences et Techniques IndustrielLEs) proposé par Yves Cartonnet (Cartonnet, 2000) classe les objets de connaissance technique en 4 catégories : les contextes, les objets industriels, les objets simulés et les ordres de grandeur comportementaux.
A priori, ces quatre types de connaissances peuvent être utiles à l'évaluation des solutions : les
performances et modes de défaillance prépondérants (des contextes) permettent de formuler des critères d'évaluation ; les objets simulés et les ordres de grandeur comportementaux permettent de prévoir le comportement futur de la machine ; la connaissance d'objets industriels permet d'évaluer une machine par comparaison à ceux-ci.
On utilisera cette classification pour caractériser les connaissances utilisées par les étudiants lors de l'évaluation des solutions de conception.
3. L’EXPÉRIENCE
3.1 Le terrain d'expérimentation : la formation CoDiMI
La population observée est un groupe de 3 étudiants en licence de technologie mécanique à l'École Normale Supérieure (E.N.S.) de Cachan. Ils sont filmés alors qu'ils suivent la formation CoDiMI (Conception Distribuée de Machines Industrielles). L'étape de la formation qui nous intéresse ici est celle qui comprend les 8 dernières heures (sur 20 au total). Les 3 étudiants, autour d'une même table, doivent dessiner le plan de la machine (une pompe doseuse) à partir de son schéma cinématique dimensionné, qui donne l'architecture et les dimensions générales.
3.2 Le recueil de données
Le groupe d'étudiants observé a été filmé, leur discours enregistré, leurs productions écrites conservées. Le discours et les actions (déplacements, posture, écriture, dessin, gestes des mains) ont été retranscrits. Lors de la formation, les étudiants conçoivent une partie de machine à la fois. Le discours a été analysé pour identifier des moments que le groupe consacre à telle ou telle partie. Les
descripteurs utilisés ici sont les énoncés de parties de machine, de fonctions à assurer correspondantes ou de propositions de solutions associées. Ce texte ne traite que d'une séquence où les étudiants cherchent à concevoir la partie "blocage du système de réglage", qui dure environ 20 minutes.
4. RÉSULTATS ET DISCUSSION
4.1 Dynamique collective de conception
La description de la construction collective du "blocage du système de réglage" en distinguant les activités de proposition, d'évaluation et de décision est présentée sur la figure 1.
Fig. 1 : Actigramme : succession chronologique des activités de proposition/ évaluation/ décision des différents étudiants élève 1 élève 2 élève 3 Décisions Évaluations Propositions 0 5 10 15 20 25 30 temps (min) Dessin - - -+- +? +?-+? +- - - + + - + -+- +- -- - + + - -+++ Activités P1 P2 P3 précise P3 modifie P3 modifie P3 précise P3 précise P3 P4 précise P4 précise P3 précise P4 précise P4 précise P1
Le premier résultat est que les étudiants n'adoptent jamais de démarche linéaire séquentielle
proposer puis évaluer puis décider. En effet, la construction de la solution se fait alternativement
par des propositions et des évaluations successives suivies d'une décision. La solution se construit par des modifications et des précisions des solutions proposées, au fur et à mesure des évaluations, par l'abandon de certaines et l'adoption d'autres.
Par exemple la proposition P1 de l'élève 2 est critiquée par l'élève 3 (fig. 1 : évaluation surmontée du signe "-"), précisée par l'élève 2, puis à nouveau critiquée ("-") par les autres, défendue ("+"), finalement l'élève 3 propose une autre solution, etc.
Le deuxième résultat est que l'aspect collectif de la conception est basé sur la critique mutuelle. En effet, à chaque fois qu'un membre du groupe fait une proposition nouvelle, les autres en font systématiquement une première évaluation qui tend à la rejeter ("-"). Le premier "défend" alors sa proposition en la précisant et en donnant d'autres critères d'évaluation. Nous pensons donc qu'un intérêt du travail collectif en formation à la conception est de développer la capacité à énoncer des critères d'évaluation.
4.2 L'activité d'évaluation des solutions
Étudions maintenant plus précisément l'activité d'évaluation des solutions proposées. L'analyse du discours montre que les étudiants utilisent deux modes d'évaluation : l'énoncé d'un scénario
d'anticipation, mode prédominant, ou l'énoncé d'un adjectif qualifiant la solution. Nous classons
dans les scénarios d'anticipation les descriptions d'actions et d'interactions futures de la machine et de son environnement potentiel. Par exemple la phrase « [Il faut] que la machine ne se dérègle pas
toute seule » est un scénario centré sur la machine en fonctionnement ; « C'est les graduations que tu [l'utilisateur] regardes quand tu serres » évoque un scénario centré sur l'utilisateur. La majorité
des évaluations (40 sur 51) consistent à énoncer des scénarios d'anticipation, principalement centrés sur la machine en fonctionnement (25).
Lorsque l'étudiant énonce un scénario centré sur un acteur de l'environnement futur de la machine, il envisage la tâche que cet acteur accomplira en lien avec l'objet. En évoquant un scénario centré sur l'utilisateur, il prend le point de vue de l'utilisateur. C'est en tant qu'utilisateur fictif qu'il évalue alors la machine. On parlera de point de vue d'anticipation. Même si l'étudiant n'évoque pas de scénario, c'est-à-dire la description d'une action, il prend un point de vue particulier. Par exemple lorsqu'il dit "il faut que ce soit manœuvrable à la main", il prend le point de vue de celui qui devra "manœuvrer", c'est-à-dire l'utilisateur. Sur les 51 évaluations, 2/3 des évaluations sont faites en adoptant le point de vue de technologue, c'est-à-dire centré sur le fonctionnement de la machine, un peu moins de 1/3 le point de vue de l'utilisateur, une celui du monteur (celui qui assemble les pièces de la machine) et une celui du dessinateur-projeteur. L'hétérogénéité des points de vue, présente
en entreprise, est donc mal reproduite pendant la formation, du moins dans ce groupe d'étudiants
et pour la conception du "blocage du système de réglage". Les profils des 3 élèves, quant à l'adoption des points de vue, ne sont pas différents.
Les connaissances mises en jeu lors de l'évaluation des solutions sont présentées en figure 2. Seules sont comptabilisées les évaluations où un type de connaissances du modèle PYSTILE a été clairement identifié (23 sur 51). Deux points sont à remarquer. Premièrement les étudiants n'expriment pas d'ordre de grandeur, il semble donc que ce type de connaissances ne soit pas
utilisé. Deuxièmement la majorité des évaluations utilisent des objets simulés cinématiques. On peut se demander si ces observations sont liées à la tâche de conception de cette partie de machine précisément ou si elles sont généralisables à d'autres tâches de conception.
La poursuite de ce travail de recherche est prévue sur d'autres parties de machine conçues et par d'autres groupes. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
élève 1 élève 2 élève 3 élèves
nbre d'évaluation
s
Analogie avec un objet réel Objet simulé cinématique Objet simulé d'effort mécanique Objet simulé dynamique + mode de défaillance prépondérant
Figure 2 : Connaissances mises en jeu lors de l'évaluation des solutions
BIBLIOGRAPHIE
CARTONNET Y., Analyse de l'offre éditoriale en technologie de la construction mécanique relativement à la formation à la gestion des risques, in Giordan, Martinand, Raichvarg (Éds), Actes
des XXIIes Journées Internationales sur l’Éducation Scientifique, 2000 (dans cet ouvrage).
DARSES F., L’ingénierie concourante : Un modèle en meilleure adéquation avec les processus cognitifs de conception, in P. Bossard et al., Ingénierie Concourante : De la technique au social, Paris : Economica, coll. Gestion, 1997, 39-55.
