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Intégration métier pour l’émergence progressive de la solution produit : application

aux mécanismes multi-physiques 

Jean-Sébastien Klein Meyer

Journées GDR-MACS, Valenciennes16-17 novembre 2006

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Plan

Introduction : contexte et objectifs Modèle expert : choix des

technologies Limites actuelles Le modèle FPPT L’utilisation des paramètres

Modèle d’interface : Décomposition fonctionno structurelle Peaux et Squelette d’Usage

Conclusion

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Introduction : contexte et objectifs

Contexte : Conception collaborative multi-experte…… Objectifs :

Formaliser la donnée sur le produit à travers des modèles (modèle expert, modèle d’interface, modèle de partage) : le futur des modèles gérés par les outils XAO actuels

Approche « au juste besoin » de l’intégration d’expertise pour l’émergence de la solution produit

Activité experte étudiée dans le cadre des travaux de thèse : choix de la technologie

Modèle Fonction Principe Physique Technologie Validation de l’approche pour la conception de MEMS (micro)

Collaboration Activity

Modèle de

partage

Choix des p

rocédés

de fabric

ation

Choix des technologiesModèles et o

utils

pour l’expert

Modèle d’interface

Modèle d’interface

TimeQ : Quantity of data

Collaboration activities

Knowledge integrationactivities

V : Variabilityof data

Time

Design Process

Evolution of product’s

TimeQ : Quantity of data

Collaboration activities

Knowledge integrationactivities

V : Variabilityof data

Time

Design Process

Evolution of product’s

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Introduction : objectifs spécifiques et cas d’étude

Activité experte étudiée dans le cadre des travaux de thèse : choix de la technologie

Modèle Fonction Principe Physique Technologie Cas d’étude

Consolidation sur des exemples à une échelle macroscopique

Validation de l’approche pour la conception de MEMS (micro)

CollaborationActivity

Modèle de

partage

Choix des p

rocédés

de fabric

ation

Choix des technologiesModèles et o

utils

pour l’expert

Modèle d’interface

Modèle d’interface

Modèle simplifié

Base de connaissanc

eModèle Avancé

Modèle d’interfac

e

Modèle de partage

FPPT, Matlab…EF, Femlab…

Triz, TechOpt…

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Choix de la technologie

Les limites actuelles : Pas de lien formel

entre une fonction et la technologie associée

Analyse comportementale : tardive dans le procédé de conception

MEMS : pas de méthode de conception formelle pour la phase d’embodiment design [De Graves 04 ]

Un exemple : un Switch MEMS :

Réalisé lors d’un stage de Master à la DTU

Switch : très caractéristique des fonctionnalités des MEMS

Mécanisme relativement simple

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Fonction - Principe Physique -Technologie : FPPT

Principe Physique comme lien entre la fonction et la technologie associée

Paramètre (fonctionnel, physique et technologique) exportable pour la simulation

Limites d’échelles

Traçabilité des choix de conception et de leur justification « formelle »

Synthèse de l’information (DFX par juste besoin) via les modèles d’interfaces

-Name : string-Func_param : Parameter

Function

-Name : string-Tech_param : Parameter

Technology

-Name : string-Phys_param : Parameter-Formula : string-Physical_limit : float-Scale_limit : float-Loss : string-Unit : string

Physical Principle

*

-Fin1

*

-Fin2

-Name : string-Limite_inf : float-Limite_sup : float-Nominale : float

Parameter

-Fin3*

-Fin4*

-Fin3*

-Fin4* -Fin3* -Fin4*

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FPPT : Fonction

Fonction : Ce pourquoi le

produit est conçu Définition

mathématique ou « mécanique »

Peut être décomposé en plusieurs fonction ou être redéfini

Paramètre fonctionnel

Provient de l’analyse fonctionnelle

Proviens de la décomposition ou de la redéfinition de fonction

Exemple

Contrôler un flux électrique :

état ouvert/fermé

Isoler/conduire le courant

Permettre le changement d’état par un mouvement

Créer une force

Permettre un mouvement

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FPPT : Principe Physique

Principes Physiques : principes, lois, théories…

Paramètres physiques

Découle de la définition

Limite physique des paramètres

Limite physique Limite d’échelle

Perte énergétique

Exemple

Créer une force

Permettre un mouvement

Loi de Hooke :σ=Eε

E

Force électrostatique

- A- V- εr

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FPPT : Technologie

Technologie : réalise une fonction à travers une structure

Paramètres technologiques:

Découle de son comportement et de sa structure

Limite des paramètres technologiques

Limite de la technologie

Limite d’échelle

Exemple

Loi de Hooke :σ=Eε

Force électrostatique Électrodes

Poutre

L,e,h,I, E

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Exploitation des paramètres

Exportation des paramètres et des lois physiques

outils de simulation : Matlab…

Être capable de tester plusieurs Principes Physiques / Technologies au plus tôt lors dans le processus de conception

Tracer les alternatives Evaluer l’influence sur les fonctions

de la variabilité des paramètres pour chacune des alternatives

Evaluer la robustesse de chacun des paramètres de chacun des solutions

Influence avec les paramètres du processus de conception

Exemple

F

a b

L

Cf. Guilain

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Scénario de conception :le modèle FPPT

Autoriser le passage d’un courant electrique

État ouvert

État fermé

État transitoire

Avoir un matériau conducteur

Conduction par un matériau solide

Avec mouvement

T

I=0

IU

Loi d’Ohm U=R.I

R

Densité Électrique

- D- z- c

Densité de courrant

Loi d’OhmU=R.I

R

Densité Électrique

- D- z- c

densité de courrant

S

matériau

Créer une force

Autoriser un mouvement

Appliquer une force

Force electro-statique

Par deformation

géométrie

matériau

electrodes

- A- V

- εr

Loi de Hooke

go

S

F

Module d’Young

σ=Eε

YE

PERTE Loi de Joules

IUIU

F

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Modèle d’interface : décomposition fonctionno structurel

Modèle d’interface pour le partage d’une partie de informations à l’ensemble du groupe projet : traduction « systématique » du modèle FPPT

Modèle basé sur les flux énergétiques pour le partage des données fonctionno-structurelles

Définition des entités frontières (surface fonctionnelle du produit) : peau d’usage

Visualisation des flux énergétiques à l’intérieur du système : squelette d’usage

Exemple Fonction interne : déformation de la poutre

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Modèle d’interface :peaux et squelettes d’usage

Exemple Peau d’usage : toute surface à travers lesquelles circule un courant généralisé :

Courant mécanique (zone de contact entre deux pièces)

Courant magnétique (pôle d’un aimant)

Courant électrique

Squelette d’usage : matière qui transmet le flux énergétique dans la pièce entre les différentes peaux d’usage :

Section Fibre neutre

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Conclusion

FPPT : un moyen de guider le concepteur

Ouverture d’esprit Homothétie des technologies macro vers le micro Utilisation de principes physiques inhabituels

Les avantages : Prendre en compte les limites et pertes énergétiques Reconception : facile de voir les impacts d’un

changement de technologie (ou de principe physique) sur le comportement du système.

Analyse comportementale : permet la simulation très tôt dans le processus de conception

Moins de prototypage Augmente le nombre de solutions alternatives étudiée

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Avancée des travaux de thèse et perspectives

Résultats obtenus Modélisation

Modèle FPPT Interface FPPT / FS (P&S usage) Interface avec les modèles de partage (ex modèle PPO)

Cas d’étude Scénario de conception d’un Switch MEMS

Perspectives Consolidation des scénarii de conception avec un lien vers

d’autres expertises (ex : DFM) Couplage de l’approche d’évaluation comportementale

(Matlab) avec les méthodes pour la prise de décision (optimisation, robustesse, risques…)

Démonstrateur informatique Méthode FPPT Finaliser un démonstrateur pour l’ensemble de l’approche

Cf. Guilain