Gnralits sur la Mthodologie de conception

I. Introduction La conception de systmes mcaniques est au cur de la pratique professionnelle de lingnieur. partir dun cahier des charges, lobjectif du concepteur est de parvenir rapidement et efficacement un avant-projet optimis.Dans cette partie du cours on propose une mthodologie qui guide le concepteur dans cette dmarche. Cette mthodologie sappuie sur lassurance qualit en conception, la CAO et le calcul graphique (le triangle de la conception ). Elle aborde de manire dtaille : la mthodologie : les tapes de la conception (lanalyse du besoin client, ltude de faisabilit et lavant-projet), les diffrents acteurs et les dossiers constituer ; les principaux outils : les diffrentes notions utiles de mcanique et de CAO, le cahier des charges fonctionnel, lAMDEC de conception, le FAST de crativit, le planning prvisionnel, etc. ; des exemples de cas industriels illustrant la mthodologie, la matrise de cette mthodologie durant la phase dtude de faisabilit permet aux professionnels, ingnieurs ou projeteurs en bureau dtudes, comme aux tudiants de la filire, doptimiser leur projet.II. Types de conceptionGnralement on peut classifier les types de conception en trois cas: Conception de vrification Conception de modification Conception doptimisation de la conception Conception doptimisation des paramtres de fonctionnement Conception de cration

III. Processus de conceptionUne tude mcanique (conception) ncessite des comptences, du temps et des moyens, aucune tude ne sera faite sans un objectif prcis. Ltude mcanique comporte toujours 4 tapes :1. La problmatique et la dfinition des objectifs (ce que lon cherche vrifier, obtenir : optimisation, analyse suite un dysfonctionnement, conception), 2. Les hypothses et la modlisation concernant:a. La limite gomtrique de ltude, le comportement de la pice ou du mcanisme concern par ltude (statique, en mouvement)b. les donnes concernant les liens entre la pice et son environnement (efforts, liaisons)c. la simplification du rel en modle mcanique exploitabled. les outils utilisables et celui retenu (statique retenu : statique graphique)3. Rsolution du problme laide de loutil retenu en respectant ses rgles dutilisation.4. Lanalyse des rsultats vis vis des objectifs initiaux qui doit aboutir sur une validation, une modification ou un complment danalyse arguments.3.1. Processus de conception linaire Traditionnellement, le processus de la conception est linaire il est constitu des six tapes:

Phase de conceptionLes outils employsConception primaireIdentification du problmeEtude de faisabilitConception dfinitiveModification de la Conception Analyse de la conception OptimisationDocumentation davant projet Analyse fonctionnelle et analyse de la valeurSchmatisation, modlisation et vrification des fonctions de transfert, dhyper statisme, de la statique, la cinmatique... Simulation, vrification par outils DAO et CAODimensionnement et choix des composantes de transmission, exploitation de catalogues, de logiciels.Dimensionnement et choix des actionneurs, exploitation de catalogues, de logiciels.Elaboration des plans: Dessin densemble, de dfinitions

3.2. Processus de conception interactif Les nouvelles mthodologies de conception adoptent un processus interactif dont les tapes et les phases se complte comme montre la figure ci-dessous:

Ralisation Optimisation Conception ModlisationAnalyse Maquettage numrique et simulation Identification du problmeIdes primaires Conceptions primaires Service Marketing Financement Production Planification Documentation

IV. Scnario de la conception

Analyse Fonctionnelle & analyse de la valeur

Introduction L'analyse fonctionnelle est le cur de la dmarche de conception, elle s'applique la cration ou l'amlioration d'un produit, elle se fait en deux tapes :a. Une analyse fonctionnelle externe qui vise:- Une prsentation gnrale du problme.- Une expression fonctionnelle du besoin.La rdaction de ces deux tapes sera faite sur un cahier que l'on appelle cahier des charges fonctionnel (CDCF). b. Une analyse fonctionnelle interne qui vise: - La recherche des solutions techniques.

I. Cycle de vie dun produit

1. Analyse du besoin1.1. Dfinition: Le besoin est une ncessit ou un dsir prouv par un utilisateur. (NF X50-150)1.2. Evolution de lanalyse du besoinLanalyse du besoin se fait en trois tapes :

a. Saisir le besoin:Il se fait par le service marketing, le client ou par l'entreprise. Lobjectif est la cration d'un nouveau produit ou assure la comptitivit du produit existant.b. Enoncer le besoin:On utilise le diagramme compos de la rponse aux trois questions:

A qui rend-il service?Sur quoi agit-il?ProduitDans quel but?c. Valider le besoin:Dans cette tape il faut vrifier la validit et la stabilit du besoin, car un besoin temporaire ne peut pas faire lobjet de cration dun produit.2. Analyse fonctionnelle externe2.1. But de l'analyse fonctionnelle Elle est utilise dans les premires phases d'un projet pour crer ou amliorer un produit Son objectif est de recenser, caractriser, ordonner, hirarchiser, et valoriser les fonctions d'un produit.2.2. Progression de l'analyse fonctionnelle

Besoin validIdentifier les fonctions deServices A21Caractriser fonctions de ServiceA22Hirarchiser fonctions deServicesA23 RdigerLe CDCFA24 A21. Identification des fonctions de Servicesa. Dfinitions Fonction de service: c'est l'action du produit rpondre un besoin ou une attente de l'utilisateur. Fonction technique: C'est une action interne au produit afin d'obtenir une fonction de service (guidage en rotation, changement du mouvement....). Milieu environnant: C'est l'ensemble des composantes physiques et humaines en relation avec le produit.b. Classification des fonctions de service Les fonctions de Service sont classes comme suit:Par naturePar importance

Fonction d'usage.Fonction d'estime.Fonction principale.Fonction contrainte.

Fonction d'usage: Elle dfinit l'utilit du produit. Fonction d'estime: Elle a un effet psychologique sur l'utilisateur. Fonction principale: Reprsente le but d'une relation entre deux lments extrieur traversant le produit (fonction d'interaction). Fonction contrainte: Elle est ncessaire pour adopter le produit des contraintes imposes par l'extrieur (fonction d'adoption). C. Identification des fonctions de Services Nous utilisons le diagramme des interactions. La construction de ce diagramme passe par les tapes suivantes: Placer le produit dans son milieu d'utilisation (environnement). Relier les lments extrieurs par l'intermdiaire du produit (Fonctions principales). Relier les lments extrieurs au du produit (Fonctions contraintes). Formuler pour chaque fonction le but vis.

Fonctions contraintesFonction principaleProduit tudiFormulation des fonctions: Une fonction est exprime par un verbe l'infinitif suivi d'un complment (Transporter le conducteur, s'adapter l'nergie lectrique...)A22. Caractrisation des fonctions de Service Il faut passer par trois tapes: Enoncer les critres d'application de chaque fonction. Dfinir le niveau de chaque critre. Limiter ce niveau par une flexibilit (tolrance).Dfinitions:a. Le critre dapprciation dune fonction: est le caractre retenu pour apprcier la manire dont une fonction est remplie ou une contrainte respecte. b. Le niveau dun critre dapprciation: est la grandeur repre dans lchelle adopte pour un critre dapprciation dune fonction. Cette grandeur peut tre celle recherche en tant quobjectif ou celle atteinte pour une solution propose. c. La flexibilit du niveau dun critre: dapprciation est lensemble des indications exprimes par le demandeur sur les possibilits de moduler le niveau recherch pour un critre dapprciation. d. La classe de flexibilit: est une indication littrale, place auprs du niveau dun critre dapprciation permettant de prciser son degr de ngociabilit ou dimprativit. La classe de flexibilit est rpartie en 4 catgories: flexibilit nulle (F0): niveau impratif; flexibilit faible (F1): niveau peu ngociable; flexibilit moyenne (F2): niveau ngociable; flexibilit forte (F3): niveau trs ngociable;

A23. Hirarchisation des fonctions de ServicesPour cela on doit passer par les tapes suivantes: Comparer les fonctions les unes aux autres. Donner un poids chaque fonction. Etablir l'histogramme des fonctions.Donc un groupe de travail doit comparer les fonctions en donnant une note de 0, 1, 2 et 3. 0: aucune diffrence. 1: lgrement suprieur. 2: moyennement suprieur. 3: nettement suprieur.Application: tendeuse gazon manuelle

1- Recensement des fonctions de service :

2- Formulation et caractrisation des fonctions de service :

3- Hirarchisation des fonctions de service :

A24. Rdaction du CDCF1. DfinitionLe CDCF est un document par le quel le demandeur d'un produit exprime son besoin en terme de services rendus sans faire appel aucune solution technique.2. But d'un cahier des charges fonctionnellesLe cahier des charges fonctionnelles dfinit pour le produit les services attendus, les conditions d'utilisations, les performances, les cots et les dlais.3. Elaboration d'un cahier des charges fonctionnellesLa structure suivit pour l'laboration d'un cahier des charges fonctionnelles est la suivante: 1re partie : Prsentation gnrale du problmeDestine donner toutes les informations gnrales utiles concernant : Le produit et son march; Contexte du projet, objectifs; nonc du besoin; Environnement du produit recherch.

2me partie : Une expression fonctionnelle des besoins Partie principale, elle dcrit et dfinit Les fonctions de service du produit, Les contraintes, Les critres dapprciation 3me partie : Un appel variantes Cette partie demande et fixe des limites ltude ou dautres solutions possibles 4me partie : Un cadre de rponseIl est destin simplifier et codifier la faon de rpondre.3. Analyse fonctionnelle interne: La Mthode FAST 3.1. Fonction techniqueLa fonction technique est une action interne au produit (entre ses constituants) choisie par le concepteur/ralisateur, dans le cadre dune solution, pour assurer des fonctions de service. Exemples de fonctions techniques: Fixer lcrou la pice. Alimenter la chambre du piston. Assurer le refroidissement du moteur. Convertir lnergie lectrique en nergie mcanique

3.2. Diagramme FASTLoutil FAST (de langlais Function Analysis System Technic) se prsente sous forme dun arbre de fonctions partant de la fonction globale ou dune fonction de service. Sa lecture est base sur une technique interrogative: pourquoi cette fonction doit-elle tre assure? Comment ? et quand ?

3.3. Exemple: tendeuse gazon manuelle

Couper et stocker le gazonSe dplacer sur le terrain de gazonCouper et stocker le gazonStocker le gazonTransmettre leffort de lutilisateurLimiter la rsistance lavancementFaire tourner la lameRgler la hauteur de coupeCrer un flux dair vers le panierFiltrer les dchets du flux dairPoignet et bras Quatre rouesMoteur + guidage + lamesSystme de rglageLame sous forme de pales de Ventilateur PanierFonctions techniquesFonction de serviceSolutions techniques

4. Mthode SADT 4.1. DfinitionLoutil SADT (de langlais Structured Analysis for design and technic) est un outil de reprsentation qui permet de dcomposer un systme de manire fonctionnelle, par niveaux successifs. Les liens entre fonctions tant exprims selon un formalisme prcis: les codes MECS: M: moyens (matriels, logiciels, personnels); E: entres (matires, nergies, informations); C: donnes de contrle (informations sur ltat du systme, dcisions de loprateur, paramtres de configuration, de rglage et dexploitation,); S: sorties (matires, nergies, informations).Remarque: Plus complte quune reprsentation FAST, une reprsentation SADT renseigne galement sur les inputs/outputs de la fonction, sur les moyens et les donnes ncessaires pour la mettre en uvre.4.2. Mthode d'laboration:Cet outil est constitu dune suite cohrente de diagrammes: Le diagramme de plus haut niveau (A-0) reprsente la fonction globale du systme. Chaque diagramme de niveau infrieur dfinit les fonctions techniques ainsi que leurs relations et leurs agencements dans le systme. Chaque diagramme sintgre exactement dans le diagramme de niveau suprieur en prservant les relations de chaque composant avec son environnement.

4.3. Exemple: tendeuse gazon manuelle Niveau A0

Manivelle + Bouton poussoirEnergie lectrique et manuelleDchetsTondre la pelouse et ramasser les dchetsGazon une hauteur initialGazon une hauteur initialRglage de la hauteurTendeuse gazon

Niveau A0

Roues + PoignetTendeuse immobileEnergie manuelleUnit de coupeEnergie lectriqueTendeuse mobileGazon une hauteur initialeCouper hauteur A2Rglage hauteurCommande Panier + Convection forceGuidage Dchets StockerGazon coupRamasser et stocker les dchets A3Faire avancer la tendeuse A1

Moteur + GuidageEnergie lectriqueCrer un mouvement de rotation A21Energie mcanique de rotationGazon une hauteur initialeRglage hauteurCommande Lames Dchets StockerCouper le gazon A22Niveau A2

Application: fardeleusePour satisfaire les clients, certains produits de grande consommation sont enveloppes sous film plastique pour la fois les protger, faciliter leur transport, leur manutention ou encore leur stockage. Lopration qui consiste mettre le produit sous film sappelle le fardelage et le systme ralisant cette opration une fardeleuse.

Lune des prestations attendues par une fardeleuse est dcrite par le diagramme suivant :

1- Recensement des fonctions de service :

2- Formulation et caractrisation des fonctions de service :Fonction de serviceCritres Niveaux Flexibilits

Permettre demballer les produits sous un film plastiqueCadence500 produits/heure500 maxi

Sadopter aux produits emballerDimensionh * l *L = 333*174*261en mmF1

Salimenter avec un film de plastique thermo rtractableTemprature de rtractionEpaisseurLargeur180 C

1,5 mm400 mm+/- 2 C

+/-0,05F1

Salimenter avec les nergies disponiblesTensionPression de lair400 V-triphase6 barsF16 bars maxi

4.4. Exemple: Fardeleuse

4.5. Exemple: Fardeleuse Ordre Energie lectrique DchetsPermettre demballer les produits sous un film plastiqueProduit non emball Produit emballRglage de la vitesse hauteurFardeleuse Niveau A0

Convoyeur Produit en position initialeEnergie Unit de chauffageEnergielectriqueProduit positionnFilm de plastique en rouleauRtracter le film sur le produit A2Rglage HauteurCommande Unit demballage Produit emballProduit prs lemballageEmballer le produit A3Convoyer et positionner le produit A1Niveau A0

Niveau A2

Rsistances chauffanteFilm emballChauffer le film A21Film chauffFlux de tempratureRglage HauteurCommande Ventilateur + Ensemble de rgulationFilm chauff la temprature dsireRguler la tempratureA22

2

Niveau global A-0
nergie
M.O. initiale
M.O. finale
consignes
Informations de contrle
systme