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Département de génie électrique

et de génie informatique

GEL−1001 Design I

(méthodologie)

Définition du problème

Hiver 2017

Avant-propos

Un client énonçant un besoin

Président John F. Kennedy

Message spécial au Congrès

américain sur les besoins

nationaux urgents

Présenté en personne avant une

session conjointe du Congrès

25 mai 1961

GEL−1001 Design I (méthodologie) 2

Plan

Méthodologie

Définition du problème

Identification des besoins

Définition des objectifs

Élaboration du cahier des charges


Méthodologie


Méthodologie




Détermination et pondération

des critères d’évaluation

Élaboration

des barèmes d’évaluation

Élaboration

d’un cahier des charges

Recherche

d’information

Définition

du problème

Recherche d’information

Sources d’information

Livres, revues, journaux

Catalogues, fiches techniques, notes d’application

Brevets, etc.

Où les trouver?

Internet

Bibliothèque

Experts

Compétiteurs, etc.



Besoins énoncés par le client

En faire un inventaire exhaustif

Ordre initialement sans importance

Ne pas confondre besoins et solutions



Est-ce réellement important ?



Pourquoi est-ce difficile ?



Données et contraintes

Données

Renseignements accessibles, connus et

admis tirées de l’analyse des besoins

Contraintes

Limites incontournables imposées par :

l’environnement

le client

l’ingénieur concepteur

les groupes qui font autorité, etc.


Exemple : thermomètre

Données

Un thermomètre typique est léger

Un thermomètre est précis

Différentes échelles de température existent

Contraintes

Le thermomètre doit avoir une précision

minimale de 0,1 °C

Le thermomètre doit fonctionner entre

−50 °C et +50 °C



Exprimer les besoins énoncés et sous-entendus sous

forme d’objectifs tangibles

Hiérarchisation

Objectifs principaux

Objectifs secondaires

Objectifs tertiaires

Utiliser des verbes d’action :

Adapter, ajouter, assurer, améliorer, combiner, commander,

contrôler, éliminer, faciliter, maximiser, minimiser, renforcer,

stabiliser, supporter, supprimer, etc.



Mesurer la température

Utiliser un

senseur

Convertir la

mesure en

température

Afficher le

température

AlimenterAlimenterAssurer la

précision

Maintenir

l’insensibilité à

la pression

atmosphérique

Assurer

l’insensibilité

à l’humidité

Préserver la

stabilité de la

mesure

Alimenter

Maximiser la

robustesse

Optimiser la

précision

Exemple : pompe d’irrigation à

motricité humaine [1]

Système pour pomper l’eau accumulée dans des

bassins de rétention pendant la saison des pluies afin

d’irriguer les cultures locales

Ce type d’équipement existe déjà et est couramment

utilisé en Zambie

Les versions actuelles, souvent actionnées par des

enfants, nécessitent un temps d’irrigation relativement

élevé

Les enfants qui doivent irriguer les champs n’ont

souvent pas accès à l’éducation par manque de temps



motricité humaine

Pour remédier à cette problématique, la pompe désirée doit diminuer le

temps nécessaire pour irriguer un champ d’une superficie de un hectare.

Cette pompe, actionnée simultanément par quatre utilisateurs, doit

assurer un écoulement continu et être adaptable à tout type de cultures

et de sols susceptibles d’être rencontrés en Zambie. L’appareil doit être

en mesure de pomper une eau boueuse, à partir d’un trou de cinq

mètres de profondeur. La pompe doit être transportable, sécuritaire et

résistante à la corrosion. Elle doit être assemblée, entretenue et réparé

sur place, dans un contexte où la main d’oeuvre spécialisée d’existe

pas. Par conséquent, les matériaux et les techniques de fabrication

utilisées doivent nécessairement être disponibles localement.

Finalement, le coût d’achat de l’appareil ne doit pas excéder 200 USD.



motricité humaine


Maximiser les

performances

Augmenter le débit

Diminuer le temps

d’irrigation

Minimiser le nombre de

travailleurs

Optimiser la convivialité

Faciliter l’entretien

Assurer la

transportabilité

Considérer l’adaptabilité

au sol

Assurer la résistance à

l’environnement

Diminuer le poids

Assurer la sécurité

Assurer le confort

Maximiser la quantité de

pièces standards

Minimiser les coûts

Favoriser les matériaux

disponibles localement

Minimiser le prix d’achat

Cahier des charges

Critères d’évaluation

Sélection et pondération

Barème d’évaluation

Contraintes



Critères d’évaluation

Critères :Éléments spécifiques vérifiables pour mesurer le

degré d’atteinte des objectifs dans un design particulier (performance prévue)

SélectionSelon une démarche rationnelle et objective

PondérationSystème de pourcentage

Peut changer durant le design (un peu)

Outil : MQ

Maison de la qualité

(MQ)

Quality function

deployment (QFD)


matrice

relationnelle

critères

objectifs

contraintes

matrice

corrélationnelle


Objectifs de la MQ

Déterminer les critères

Assurer que l’ensemble des critères couvre

tous les objectifs (donc tous les besoins)

Optimiser l’orthogonalité des critèresLes critères ne mesurent pas les mêmes objectifs

Idéalement, faire correspondre un seul critère à chaque

objectif

Déterminer la pondération

Déterminer les contraintes



Légende de la

matrice relationnelle

: fort

: moyen

: faible

alimentation

alimentation

alimentation

stabilité

humidité

pression

précision

me

su

re se

ns

eu

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v.a

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oix

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ca

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AC

L

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Exemple : iPhone 2




critères d’évaluation détaillé général

Capteur à thermistance 40 %

1. Sensibilité 5 %

2. Vieillissement 15 %

3. Sensibilité à l’humidité 10 %

4. Sensibilité à la pression 10 %

Étalonnage 20 %

1. Justesse 10 %

2. Période 10 %

Affichage à cristaux liquides 10 %

Alimentation à piles 20 %

Coût de fabrication 10 %


Barème d’évaluation

Quantifier la satisfaction du critère

Utiliser la plage [0,1]

Utiliser toute la plage [0,1]

Le barème permet au critère de discriminer les concepts

globaux

Utiliser uniformément la plage [0,1]

Octroi d’un 0 n’équivaut pas à une contrainte


Exemples

Barème quantitatif

Distance parcourue, d [m]

(d − 100) / 400, pour 100 < d < 500

Barème qualitatif

0,0 ← nul

0,2 ← pauvre

0,4 ← passable

0,6 ← bon

0,8 ← très bon

1,0 ← excellent


Cahier des charges

Cinq colonnes

Critère (nom significatif et unités)

Pondération

Barème

Valeur minimale (si requis) → contrainte

Valeur maximale (si requis) → contrainte

Justifications requises pour chaque

élément


Exemple : Thermomètrecritères d’évaluation pond. barème min. max.

Capteur à thermistance 40 %

1. Sensibilité [Ω/°C] 5 % log(S/100)

2. Vieillissement [%/an] 15 % (0,1 − V)/0,1 0,1

3. Sensibilité à l’humidité [%/%HR] 10 % (0,1 − S)/0,05 0,1

4. Sensibilité à la pression [%/kPa] 10 % (1 − S)/0,9 1

Étalonnage 20 %

1. Justesse [°C] 10 % (0,1 − J)/0,05 0,1

2. Période [an] 10 % (P − 1)/2 1

Affichage à cristaux liquides 10 %

1. Consommation [mW] 10 % (10 − C)/10

Alimentation à piles 20 %

1. Volume [ml] 20 % (100 − V)/50

Coût de fabrication 10 %

1. Coût [$] 10 % 1/C


Justifications

CritèresMaison de la qualité

PondérationsSelon votre analyse des besoins

BarèmesSelon le projet, le contexte, la physique, la

technologie, avec références au besoin

Utiliser uniformément toute la plage [0,1]

Valeurs minimale et maximale Lorsque requis


Conclusion

La définition du problème précède l’élaboration des

solutions

Une définition claire, détaillée et exhaustive du

problème

Assure que l’équipe a une compréhension cohérente du projet

Permet de concevoir de meilleures solutions

Un cahier des charges adéquat

Constitue une « police d’assurance »

Permet des décisions objectives

Références

[1] Dupuis, D. (2006). « Ingénierie, design et communication », Notes

de cours, COM-21573, Université Laval, 77 p.


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