Co-évolution et conception intégrée de produits Modèle et support de lactivité de conception...

Co-évolution et conception intégrée de produits

Modèle et support de l’activité de conception

Pierre Lonchampt

Dir. : D. Brissaud et G. PrudhommeLaboratoire 3S

Grenoble, le 29 juin 2004

Thèse de Génie Industriel

École doctorale Organisation Industrielle et Systèmes de Production

2/33

29 Juin 2004 Pierre LONCHAMPT Co-évolution et conception intégrée de produits graphic-design Sand

ConclusionSupportModèleProblématiqueIntroduction

• La conception…

… Activité créatrice qui, partant des besoins exprimés, des moyens existants et des possibilités technologiques, aboutit à la définition d’un produit satisfaisant ces besoins et industriellement réalisable [NF L 00-007]

Situation initiale problématique :

BesoinsContraintes

Situation objective : Définition

Introduction

3/33



• Le problème de conception– Complexe [Maier, Visser, Reiman…]

– Mal défini/structuré [Simon]

– Ouvert [Fustier, Beguin]

• Activités de conception– Résolution de problème

– Cadrage, construction du problème (framing/setting [Schön, Nidamarthi])

– Evaluation [Bonnardel, Blanco, Poveda]

Situation initiale

problématique : Besoins

Contraintes

Situation objective :

Définition

Situation initiale

problématique : Besoins

Contraintes

Situation objective :

Définition

Introduction

4/33



• Le processus de conception– Définition d’une solution

– Construction du problème de conception– Identification et construction de liens entre problème

et solution

• Objectifs

– Rationaliser, tracer, expliciter

• La mise en œuvre du processus de conception

• La construction, l’identification

S itu a t io n in it ia le

p ro b lé m a t iq u e : B e s o in s

C o n tra in te s

S itu a t io n o b je c t iv e :

D é f in it io n



C o n tra in te s


D é f in it io n

Introduction

5/33



• Introduction• Problématique• Modèle de l’activité de conception• Support de l'activité de conception• Conclusions, perspectives et discussions

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• Un nouveau paradigme industriel, l’Ingénierie concourante.– La conception devient

• Parallèle exécution des tâches

• Simultanée aspects, étapes du cycle de vie

• Collaborative métiers, cultures, logiques d’action…



C o n tra in te s


D é f in it io n



C o n tra in te s


D é f in it io n

[Ishii]

[Parsaei]

Problématique

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• Processus collaboratif– Atteinte d’un but commun

– Co-ordination

• Tâches, ressources

– Co-opération

• Engagés dans une action collective



C o n tra in te s


D é f in it io n



C o n tra in te s


D é f in it io n

Problématique


p ro b lé m a tiq u e : B e s o in s

C o n tra in te s


D é fin it io n



C o n tra in te s


D é fin it io n

. --------- .-------.------ .------.------ .------

.-----

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• Co-opération– Action collective porte sur

• La définition de la solution, sa représentation

• Une expression du problème partagée• Une formalisation des liens entre problème et solution • L’évaluation de la solution

• Rationaliser– Expression, formalisation, évaluation

• Décrire et comprendre ces mécanismes• Supporter, aider leur mise en oeuvre



C o n tra in te s


D é f in it io n



C o n tra in te s


D é f in it io n

Problématique

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• Introduction• Problématique

• Modèle de l’activité de conception• Support de l’activité de conception• Conclusions, perspectives et discussions

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• Les modèles de la littérature• [Méthodes de conception, études descriptives, sciences cognitives…]

• Proposition d’une classification : • Phases• Domaines • Activités

Modèle



C o n tra in te s


D é f in it io n



C o n tra in te s


D é f in it io n

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• Modèles (phases) : descriptifs et prescriptifs (méthodes)

– Découpage temporel

• Écriture/décomposition du problème

• Résolutions successives des sous-problèmes

– Découpage des niveaux (abstraction, détail) de définition de la solution

– Évaluation selon le schéma spécification/génération/évaluation

Modèle



C o n tra in te s


D é f in it io n



C o n tra in te s


D é f in it io n

[Ulrich et Eppinger]

[Ulrich et Eppinger][Ulrich et Eppinger]

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– Processus (et) produit décrits par un ensemble de domaines-espaces-mondes

– Découpages d’un ou plusieurs axes explicites autres que le temps

– Points de vue, X, métier…

– Abstraction, justification, détail…

– Conception– Évolution des domaines

– Transformation […] des éléments d’un domaine en éléments d’un autre domaine

• Modèles (domaines) Descriptifs et prescriptifs (méthodes)

[Andreasen]

[Yannou]

[Andreasen]

[Regli et al.]

[Yannou]

[Andreasen][Andreasen]

[Regli et al.]

[Yannou]

Modèle



C o n tra in te s


D é f in it io n



C o n tra in te s


D é f in it io n

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• Modèles (activités): descriptifs

[M3M][M3M]

[M3M][M3M]

– Découpage temporel plus fin

– Pas de séquence

– Écriture du problème, évaluation

• 0, 1 ou plusieurs activité(s)

Modèle



C o n tra in te s


D é f in it io n



C o n tra in te s


D é f in it io n

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C o n tra in te s


D é f in it io n



C o n tra in te s


D é f in it io n

• Caractéristiques cognitives de l’activité de conception– Planification hiérarchique / opportuniste des activités [Visser]

– Intégration des points de vue : simultanéité des domaines [Darses]

• Mécanisme de l’évaluation [Blanco]

– Émergence d’un critère– Lien problème/solution

[Darses]

[Blanco]

Modèle

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[M3M][M3M]

Problème écrit, décomposé a priori ?

Construction du problème =

1 domaine ou + ? Découpage a priori ?

Construction du problème =

0, 1 activité ou +

Planification hiérarchique et points de

vue successifs

Séquence, ordre ?

Successif ou simultané ?

Uniquement descriptif Aucune planification

Points de vue successifs

Évaluation :

Spécifier / générer / évaluer

Évaluation =

1 domaine ou + ?

Évaluation =

1 activité ou +

Modèle

[Ulrich et Eppinger][Ulrich et Eppinger]

[Andreasen]

[Yannou]

[Andreasen][Andreasen]

[Yannou][Yannou]

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• Un processus de conception multidimensionnel

• Un modèle co-évolutif

Modèle

Définition de la solution

Expression du problème

Situation

initiale

problématique

:

Besoins

Contraintes

Situation

objective :

Définition

Temps

Découpage 1

Découpage 2

Niveau définition

Niveau détails

Activités

Domaines

Phases

P2 P1 D3 P3 D2 P2 P1 D3 P3 D2 P2 P1 D3 P3

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– Modèle co-évolutif

• Points de vue : temps et problème/solution• 2 domaines, 4 activités• Expression, définition : communes et partagées

TempsActivités

• Conjecture

• Définition

• Évaluation

• Reformulation

Modèle


Expression du problème

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– Codage dialogues/activités

• R, E, D et …CD

• Validation et illustration– Utilisation d’un corpus écrit

• [DPW94], [CROSS et al.]

• 3 concepteurs• Un produit pour transporter à VTT un sac à dos donné• 2 heures de conception

First extract

00:45:55 J um one of the things I was thinking that if you did this one

00:45:58 J of the things that could be neat is people were talking about like centre of gravity

R J identifies, according to the solution considered at this

moment, a new problem element ...

00:46:00 J and I think that it'll be

00:46:03 J different for different people what their preference is a little bit

00:46:04 K mm mm 00:46:05 J like where they want that mass

R …that is precised.

00:46:14 J maybe the if there's a thing that comes down to here you could have it so that it adjusts so you could kinda lever

the pack up or down a little bit y'know if it's not a a fixed C-D …and answered through a new

solution

00:46:21 K seems like lower is better regardless as you say like we design in the low position and not necessarily try and get R a problem element is

questionned 00:46:21 I you're gonna have um 00:46:22 K the adjustability 00:46:25 I is there gonna be an issue of the height of this I mean

R another problem element is set-up

00:46:28 J what about clipping under the bottom of the seat 00:46:30 I yeah or even the the seat post neck C-D New solutions are proposed

00:46:32 J oh these things yeah E And evaluated

00:46:39 K the other thing we ought to be concerned about

ergonomically is that when you're at the bottom of your stroke your leg is is right in here you want to make sure

you don't get too close to the seat R K identifies a new problem

element

Second extract 01:48:16 J why why do we need any screws? 01:48:19 I er for these things that attach to here R I & J question the need to have

screws 01:48:20 J mm mm ? 01:48:21 K what are those called again those rear things? 01:48:24 I stays topstays D K & I describe the considered

solution

01:48:29 J ugh I don't like screws E J judges negatively the solution with screws

01:48:32 I I know because you'll need foot plugs too R I establish a problem element (that justifies past evaluation)

01:48:39 J no we could we could wing that into the plastic you get little wing nuts that go into em insert into the plastic C-D J proposes and defines a new

solution w/o screws 01:48:39 K y'don't need to remove those R

01:48:41 K they're a part we don't ever need to once those are installed we never E

K raises a not real problem and so evaluates negatively J's

solution that aims at solving it. 01:48:43 K we could insert mould them C-D 01:48:45 I well there you go ? 01:48:46 J insert mould what? 01:48:48 K insert mould these into the 01:48:49 J yeah OK we'll insert mould them 01:48:50 I insert mould

D

The team defines a new aspect of the solution…

01:48:51 J cheaper (laugh) 01:48:52 K so that 01:48:54 I that gets rid of four screws 01:48:55 I no screws 01:48:56 J no screws

E

…that is evaluated positively according to cost together with the problem element expressed

just before (no screws)…

01:49:00 I but see that was where our adjustability came from 01:49:01 I in the different frame size 01:49:02 I so now the height's gonna be 01:49:02 K that's true 01:49:05 J no then we need it you're right you're right you're right

R

…and that is eventually eliminated…

01:49:06 K put the screws back C-D …to come back to past solution

I KJ

Modèle

19/33



• Résultats– Nature itérative du processus – Caractéristiques des différentes activités

Modèle

0%

20%

40%

60%

80%

100%

t 0 30min 1h 1h30min 2h

D

CD

E

R

0%

20%

40%

60%

80%

100%

t 0 30min 1h 1h30min 2h

D

CD

E

R

Activité Durée moyenne Proportion en temps total

Reformulation 10 s 29.5 %

Définition 9 s 27 %

Evaluation 5 s 12.5 %

Conjecture/définition 3 s 8 %

Non codée 9 s 23 %

temps

solution

problème

CD DE

R

20/33



• Un modèle co-évolutif– Décrire et comprendre

• L’expression du problème • L’évaluation• Les liens problème/solution

– Itératif, opportuniste– Évaluation et émergence

• Rationaliser– Aider à, supporter la mise en œuvre de ces mécanismes

Modèle

21/33



• Introduction• Problématique• Modèle de l’activité de conception

• Support de l’activité de conception• Conclusions, perspectives et discussions

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• Aide, support à la conception– Supporter la mise en œuvre des activités

• La reformulation du problème• L’évaluation

– Formaliser, structurer• Les éléments du problème de conception• Les critères d’évaluation• Les liens entre problème et solution

Support

23/33



• Exemples d’outils• Le tableau de caractérisation des fonctions

[Normes]

• La maison de la qualité [AKAO]

NiveauxCritères d’appréciation

Fonctions externes = besoins

Presque tous les VTT et VTC

TypeVélo

ExterneType de cadreSac existant

50 000 / anVolume de vente

< 55$Prix

Contraintes

Forme sportivePlaire

EncombrementSe plierSe ranger

Confortable

StableTransporter

Temps < ?Facilité

?SoliditéAttacher vélo/produit

Temps <30sFacilité

?SoliditéAttacher Sac/produitAttacher




TypeVélo



< 55$Prix

Contraintes



Confortable

StableTransporter

Temps < ?Facilité


Temps <30sFacilité


Tableau de caractérisation des fonctions

Presque tous

Externe

50 000 / an

< 55$

Temps < ?

?

Temps <30s

?

TypeVélo

Type de cadre

existantSac

De venteVolume

Prix

Forme sportive

Plaire

Encombrement

Se plierSe ranger

Confortable

StableTransporter

Facilité

SoliditéAttacher vélo/produit

Facilité

SoliditéAttacher Sac/produit

Attacher

Presque tous

Externe

50 000 / an

< 55$

Temps < ?

?

Temps <30s

?

TypeVélo

Type de cadre

existantSac

De venteVolume

Prix

Forme sportive

Plaire

Encombrement

Se plierSe ranger

Confortable

StableTransporter

Facilité


Facilité


Attacher

Concept lien sac.produti

OrientationPosition Concept lien sac.produti

OrientationPosition

Maison de la qualité

Support

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• Les outils existants :• Des formalismes différents pour des concepts similaires• Peuvent être considérés indépendamment des

méthodes

Support


Expression du problème Ecriture du problème sous

forme fonctionnelle, caractérisée

Liens d’influence entre solution et problème

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• Les spécifications d’un outil, un formalisme et son usage– Fonctions : enregistrer, formaliser et restituer

• Les éléments mobilisés et émèrgents lors du processus de conception

• Les liens qui les unissent• Indépendamment d’un schéma séquentiel

– Solution • Classifier les éléments

» F(activité associée)» F(outils existants)

– Une structure d’ objets

• Utiliser le formalisme des outils existants

Support

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– Structure d’objets• Premier niveau de classification : nature des

activités – Besoins, contraintes, drafts, caractéristiques, critère

d’évaluation

• Second niveau de classification : propriétés des outils étudiés

– Pondération, corrélation, décomposition…

Support

Elément de la solution

DraftCaractéristique

Critère d’évaluation

Elément du problème

BesoinContrainte

influence

influence

s’adresse à

Elément de la solutionElément de la solution

DraftDraftCaractéristiqueCaractéristique

Critère d’évaluationCritère d’évaluation

Elément du problèmeElément du problème

BesoinBesoinContrainteContrainte

influence

influence

s’adresse à

Elément de la solutionElément de la solution

DraftDraftCaractéristiqueCaractéristique

Critère d’évaluationCritère d’évaluation

Elément du problèmeElément du problème

BesoinBesoinContrainteContrainte

influence

influence

s’adresse à

PondérationPondération

AppréciationAppréciation

CorrélationCorrélation

– ExemplesPresque tous

Externe

50 000 / an

< 55$

Temps < ?

?

Temps <30s

?

TypeVélo

Type de cadre

existantSac

De venteVolume

Prix

Forme sportive

Plaire

Encombrement

Se plierSe ranger

Confortable

StableTransporter

Facilité


Facilité


Attacher

Presque tous

Externe

50 000 / an

< 55$

Temps < ?

?

Temps <30s

?

TypeVélo

Type de cadre

existantSac

De venteVolume

Prix

Forme sportive

Plaire

Encombrement

Se plierSe ranger

Confortable

StableTransporter

Facilité


Facilité


Attacher



OrientationPosition

Maison de la qualité position : caractéristique

Instant : 27:42

position : caractéristique

Instant : 27:42

milieu : draft

Instant : 27:42

milieu : draft

Instant : 27:42

gène : critère d’évaluation

Instant : 27:55

gène : critère d’évaluation

Instant : 27:55ne pas géner les genoux : contrainte

Instant : 27:55

ne pas géner les genoux : contrainte

Instant : 27:55

procédé : caractéristique

Instant : 16:40

procédé : caractéristique

Instant : 16:40

injection : draft

Instant : 16:40

injection : draft

Instant : 16:40

in the range : critère d’évaluation

Instant : 17:30

in the range : critère d’évaluation

Instant : 17:3050.000/an : appréciation

Instant : 17:20

50.000/an : appréciation

Instant : 17:20

Presque tous

Externe

50 000 / an

< 55$

Temps < ?

?

Temps <30s

?

TypeVélo

Type de cadre

existantSac

De venteVolume

Prix

Forme sportive

Plaire

Encombrement

Se plierSe ranger

Confortable

StableTransporter

Facilité


Facilité


Attacher

Presque tous

Externe

50 000 / an

< 55$

Temps < ?

?

Temps <30s

?

TypeVélo

Type de cadre

existantSac

De venteVolume

Prix

Forme sportive

Plaire

Encombrement

Se plierSe ranger

Confortable

StableTransporter

Facilité


Facilité


Attacher



OrientationPosition


CaractéristiqueCaractéristique

CorrélationCorrélation

Critère d’évaluationCritère d’évaluationElément du problèmeElément du problème

AppréciationAppréciation

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• Usage et structure– D’un “acteur dédié” …

OutilM

od

em

Structure d’objets

Interface :Affichage /

saisie

Support

Instancie directement les objets et liens correspondants

Il choisit quelle(s) classe(s) et association(s) il instancie

Observe, écoute,



C o n tra in te s


D é fin it io n



C o n tra in te s


D é fin it io n

Affiche en fonction des règles paramétrées

Presque tous

Externe

50 000 / an

< 55$

Temps < ?

?

Temps <30s

?

TypeVélo

Type de cadre

existantSac

De venteVolume

Prix

Forme sportive

Plaire

Encombrement

Se plierSe ranger

Confortable

StableTransporter

Facilité


Facilité


Attacher

Presque tous

Externe

50 000 / an

< 55$

Temps < ?

?

Temps <30s

?

TypeVélo

Type de cadre

existantSac

De venteVolume

Prix

Forme sportive

Plaire

Encombrement

Se plierSe ranger

Confortable

StableTransporter

Facilité


Facilité


Attacher



OrientationPosition





TypeVélo



< 55$Prix

Contraintes



Confortable

StableTransporter

Temps < ?Facilité


Temps <30sFacilité





TypeVélo



< 55$Prix

Contraintes



Confortable

StableTransporter

Temps < ?Facilité


Temps <30sFacilité



Paramètre les règles d’affichage

28/33



• Usage et structure– … A une utilisation intégrée

Support

OutilM

od

em

Structure d’objets

Interface :Affichage /

saisie



C o n tra in te s


D é fin it io n



C o n tra in te s


D é fin it io n



C o n tra in te s


D é fin it io n



C o n tra in te s


D é fin it io n

Presque tous

Externe

50 000 / an

< 55$

Temps < ?

?

Temps <30s

?

TypeVélo

Type de cadre

existantSac

De venteVolume

Prix

Forme sportive

Plaire

Encombrement

Se plierSe ranger

Confortable

StableTransporter

Facilité


Facilité


Attacher

Presque tous

Externe

50 000 / an

< 55$

Temps < ?

?

Temps <30s

?

TypeVélo

Type de cadre

existantSac

De venteVolume

Prix

Forme sportive

Plaire

Encombrement

Se plierSe ranger

Confortable

StableTransporter

Facilité


Facilité


Attacher



OrientationPosition





TypeVélo



< 55$Prix

Contraintes



Confortable

StableTransporter

Temps < ?Facilité


Temps <30sFacilité





TypeVélo



< 55$Prix

Contraintes



Confortable

StableTransporter

Temps < ?Facilité


Temps <30sFacilité






TypeVélo



< 55$Prix

Contraintes



Confortable

StableTransporter

Temps < ?Facilité


Temps <30sFacilité





TypeVélo



< 55$Prix

Contraintes



Confortable

StableTransporter

Temps < ?Facilité


Temps <30sFacilité



L’acteur paramètre

L’acteur instancie et l’outil affiche

29/33



• Synthèse : Support de l'activité de conception– Premiers “niveaux” de conception – Les concepts, la structure :

• Problème traité, le quoi ?– Enregistrer/classifier/restituer la construction du problème et de ses liens

avec la solution– Permettre l’usage des outils existants dans une dynamique opportuniste

• Solution, le comment– Structure d’objets– Modem– Interface / Formalisme

Support

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• Introduction• Problématique• Modèle de l’activité de conception• Support de l’activité de conception

• Conclusions, perspectives et discussions

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• Conclusion– Un modèle co-évolutif

• Simple, complément domaines/activités• Compréhension du processus de conception• Apport théorique

– Les spécifications d’un support de l'activité de conception

• Supporte la coopération– Construction d’un problème commun et partagé– Evaluation (qui participe à cette construction)

• Participe à la mise en oeuvre des outils existants– Cohérence entre les outils, les objets– Dynamique itérative, démarche opportuniste

Conclusion

32/33



• Perspectives et questions ouvertes– Validation– Développement

– D’autres problématiques…• Valeur, Décision, Design rationale• SGDT, PLM, Modèles produits• Coordination, Gestion de la conception

Conclusion

}

33/33



• Merci de votre attention

• Thank you for your attention

34/33



Attacher Solidité ?

Facilité Temps <30s -Solidité ?

Facilité Temps < ?

Transporter Stable - -Confortable - - + - -

Se ranger Encombrement

Plaire Forme sportive

+

Prix < 55$

Volume de vente

50 000 / an

Sac existant Type de cadre

Externe -Vélo Type Presque tous les

VTT et VTC++

Position du sac Orientation du sac

AV Harley AR Horiz

Dev.

Horiz

Der.

Vert.

Dev.

Vert.

Der.

Matrice de décision

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