![La complexité du problème de conception, [ISH90].](https://www.researchgate.net/profile/Pierre-Lonchampt/publication/281531043/figure/fig1/AS:1175841555906560@1657353881509/Figure-11-La-complexite-du-probleme-de-conception-ISH90_Q320.jpg)
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Co-évolution et processus de conception intégrée de
produits : Modèle et support de l’activité de conception
Pierre Lonchampt
To cite this version:
Pierre Lonchampt. Co-évolution et processus de conception intégrée de produits : Modèle et support
de l’activité de conception : Modèle et support de l’activité de conception.. Sciences de l’ingénieur
[physics]. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 2004. Français. �tel-00007313�
INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE GRENOBLE
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THESE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’INPG
Spécialité : « Génie Industriel »
préparée au laboratoire : Sols, Solides, Structures de Grenoble – France
dans le cadre de l’Ecole Doctorale :
« Organisation Industrielle et Systèmes de Production »
par
Pierre LONCHAMPT
Le 29 Juin 2004
Co-évolution et processus de conception intégrée de
produits :
Modèle et support de l'activité de conception.
Directeurs de thèse :
Daniel BRISSAUD et Guy PRUDHOMME
JURY
M. Améziane AOUSSAT, ENSAM Paris, Rapporteur
M. Daniel BRISSAUD, INPG, Directeur de thèse
Me. Françoise DARSES, CNAM, Examinateur
M. Chris MC MAHON, Université de Bath, UK, Examinateur
M. Guy PRUDHOMME, IUFM Grenoble, Directeur de thèse
M. Bernard YANNOU, Ecole Centrale Paris, Rapporteur
1
2
J'adresse mes remerciements à tous ceux qui par leurs conseils,
encouragements, critiques ou discussions ont contribué à mon travail de thèse.
Guy Prudhomme et Daniel Brissaud m'ont donné la chance de pouvoir
commencer un travail de recherche. Travailler sous leur supervision fut un réel
plaisir pour moi. Je les remercie bien sûr pour l'excellence de leur encadrement
scientifique (en recherche comme en enseignement), mais aussi pour la liberté
qu'ils m'ont accordé dans ma planification opportuniste et la chaleur qu'ils ont
mis dans nos échanges.
Je remercie Chris MacMahon, Améziane Aoussat, Bernard Yannou et
Françoise Darses pour l'attention qu'ils ont portée à mon travail et pour avoir
accepté de l'évaluer.
L'équipe Conception Intégrée a été un cadre de travail agréable et
chaleureux. Je remercie ses membres, doctorants ou permanents, présents ou
passés, pour leurs remarques et conseils autant que pour leur bonne humeur.
Outre mes collègues de CI, d'autres amis ont partagé mon intérêt pour
l'activité de conception lors de ces dernières années. Je les en remercie, qu'ils
soient enseignants à l'ENSHMG, participants ou organisateurs du Summer
School on Engineering Design Research, participants au groupe Concevoir Propre,
membres du laboratoire LICP à l'EPF de Lausanne ou de l'école doctorale OISP
ou étudiants à l'école d'architecture de Grenoble.
Je remercie ma famille qui m'a soutenu, encouragé et remotivé depuis de
nombreuses années.
Dans le désordre, spéciale dédicace à Twin Pixies, Les bluesmen de l'Astra
et de Belmont, Moonsheep, Paléo, la Kbane, mes potes de PG et du Trièves.
Grosses bises à ma famille de Megève.
A Sand et Lili.
3
4
Table des matières
TABLE DES MATIÈRES
Table des matières......................................................................................................... 5
Table des Illustrations.................................................................................................10
Figures...........................................................................................................................10
Tableaux........................................................................................................................12
Introduction................................................................................................................. 13
Partie 1 : Introduction générale................................................................................. 17
Chapitre 1.Sujet de recherche : Le processus de conception...................................19
1LA CONCEPTION, RÉSOLUTION DE PROBLÈME.................................................................................20
1.1Un problème mal défini............................................................................................... 20
1.2Un problème ouvert..................................................................................................... 20
1.3Un problème dont la résolution est collective............................................................. 21
1.4Un problème complexe................................................................................................ 21
2EVOLUTION DE LA CONCEPTION.................................................................................................. 22
2.1Modèles séquentiels.....................................................................................................23
2.2Modèles simultanés......................................................................................................27
3DÉCRIRE LA CONCEPTION INTÉGRÉE.............................................................................................31
4L’ÉVALUATION ET L’EXPRESSION DU PROBLÈME............................................................................ 32
4.1Des aspects fondamentaux de la conception............................................................... 32
4.2L’évaluation, l’expression du problème et leur support..............................................32
5QUESTIONS DE RECHERCHE........................................................................................................32
Chapitre 2.Démarche de recherche........................................................................... 35
1ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE DES CONTRAINTES ET CRITÈRES DE VALEUR................................................36
2ETUDE DE LA PROBLÉMATIQUE DE L’AIDE À LA DÉCISION MULTICRITÈRE............................................ 36
3PREMIÈRE PROPOSITION : UN OUTIL D’AIDE À LA DÉCISION EN CONCEPTION........................................37
4ÉTUDE BIBLIOGRAPHIQUE CENTRÉE SUR LA CONCEPTION CO-ÉVOLUTIVE. ...........................................38
5UN NOUVEAU MODÈLE DU PROCESSUS DE CONCEPTION................................................................... 38
6DU MODÈLE À L’OUTIL............................................................................................................. 38
7RÉSUMÉ................................................................................................................................. 39
Partie 2 : Décrire le processus de conception............................................................41
Chapitre 3.La modélisation du processus de conception et de l’évaluation........... 43
1LES DIFFICULTÉS DE LA MODÉLISATION D’UN PROCESSUS DE CONCEPTION PARALLÈLE ET INTÉGRÉE........ 43
2LA CONCEPTION, UN PROCESSUS MULTIDIMENSIONNEL....................................................................45
5
Table des matières.
3L’ÉVALUATION ET SA DYNAMIQUE DANS LE PROCESSUS DE CONCEPTION............................................48
3.1La notion de référent évaluatif.................................................................................... 49
3.2La notion de critère..................................................................................................... 50
3.3Un contexte de conception intégrée ............................................................................51
3.4La dynamique du processus de conception et l’évaluation......................................... 52
4VERS UN MODÈLE CO-ÉVOLUTIF DU PROCESSUS DE CONCEPTION DANS UN CADRE DE COOPÉRATION........53
Chapitre 4. Les modèles existants du processus de conception............................... 55
1LES MODÈLES BASÉS SUR LA NOTION DE PHASE............................................................................. 55
1.1Les phases de Ulrich, Eppinger et Ullman..................................................................56
1.2L’Analyse de la Valeur et l’Analyse Fonctionnelle..................................................... 57
1.3Total design................................................................................................................. 58
1.4Synthèse....................................................................................................................... 59
1.4.1Des variantes de découpage de l'axe temporel plus que des modèles différents. .59
1.4.2La place de l’évaluation........................................................................................ 60
1.4.3Conclusion............................................................................................................ 61
2LES APPROCHES BASÉES SUR LA NOTION D’ACTIVITÉ...................................................................... 61
2.1Les activités de Purcell................................................................................................62
2.2Les activités de Girod.................................................................................................. 63
2.3Les activités du laboratoire M3M................................................................................64
2.4Les activités de l’approche EVAD...............................................................................64
2.5Synthèse....................................................................................................................... 65
2.5.1L’activité, un constituant élémentaire du processus de conception...................... 65
2.5.2L’activité d’évaluation.......................................................................................... 66
2.5.3Conclusion............................................................................................................ 67
3LES MODÈLES BASÉS SUR LES DOMAINES .....................................................................................67
3.1Axiomatic design..........................................................................................................68
3.2Les approches d’Europe du Nord................................................................................69
3.3L’approche valorique ................................................................................................72
3.4L'approche FBS........................................................................................................... 74
3.5Les modèles du Design Rationale................................................................................75
3.6L’approche socio-technique........................................................................................ 77
3.7Synthèse....................................................................................................................... 78
3.7.1Des découpages selon des axes variés.................................................................. 78
3.7.2L’évaluation.......................................................................................................... 79
3.7.3Conclusion............................................................................................................ 80
4QUE RETENIR DES MODÈLES EXISTANTS DU PROCESSUS DE CONCEPTION.............................................80
Chapitre 5.Un modèle co-évolutif du processus de conception............................... 83
1INTRODUCTION ....................................................................................................................... 83
1.1Une évolution plus qu’une révolution..........................................................................83
1.2Les approches co-évolutives existantes....................................................................... 85
1.3Vers un nouveau modèle co-évolutif, basé sur les domaines et les activités............... 87
2NOTRE PROPOSITION DE MODÈLE CO-ÉVOLUTIF..............................................................................87
2.1Les domaines............................................................................................................... 88
2.2Les activités................................................................................................................. 88
2.2.1Conjectures et définitions......................................................................................89
2.2.2L’évaluation (E).................................................................................................... 90
2.2.3La reformulation (R)............................................................................................. 91
2.3Les mécanismes de mise en œuvre...............................................................................91
2.4Conclusion................................................................................................................... 93
3VALIDATION............................................................................................................................93
6
Table des matières
3.1Application de notre modèle à un instant de la conception-validation du codage
adopté............................................................................................................................... 95
3.2Application de notre modèle à l’ensemble du processus étudié..................................98
3.3Intéprétation.............................................................................................................. 100
3.3.1Un regard global sur un processus de conception...............................................100
3.3.2Du point de vue dynamique................................................................................ 102
3.3.3Les activités non codées......................................................................................105
3.4Conclusion................................................................................................................. 105
4LES OBJETS IMPLIQUÉS DANS LA MISE EN OEUVRE DES ACTIVITÉS................................................... 106
4.1Décrire le produit de la mise en oeuvre des activités ...............................................106
4.2Les quatre classes d’objets........................................................................................ 107
4.2.1La classe draft..................................................................................................... 108
4.2.2La classe contrainte.............................................................................................108
4.2.3La classe besoin...................................................................................................109
4.2.4La classe critère d’évaluation..............................................................................111
4.3Conclusion................................................................................................................. 112
5CONCLUSION ........................................................................................................................112
5.1Un modèle co-évolutif du processus de conception...................................................112
5.2Vers le support des aspects évaluatifs du processus de conception.......................... 112
Partie 3 : Supporter le processus de conception..................................................... 115
Chapitre 6.Le support du processus de conception et de l’évaluation..................117
1LES CONCEPTS D’UN SUPPORT AU PROCESSUS DE CONCEPTION....................................................... 117
1.1 Le concept de méthode de conception ..................................................................... 117
1.1.1Méthode prescriptive ou descriptive...................................................................118
1.1.2Les modèles sur lesquels se basent les méthodes................................................119
1.1.3Conclusion ......................................................................................................... 120
1.2Le concept d’outil...................................................................................................... 120
1.2.1Un constituant d'une méthode.............................................................................120
1.2.2Un support à la navigation au sein du processus de conception......................... 121
1.2.3Outil : l'artefact et son usage...............................................................................122
2QUE SUPPORTER DANS LE PROCESSUS DE CONCEPTION ?............................................................... 122
2.1Un processus ou les processus.................................................................................. 122
2.2La coopération et la coordination............................................................................. 123
2.3Quelles activités, domaines et phases ?.....................................................................123
3LE SUPPORT SUR LA BASE D'UN MODÈLE CO-ÉVOLUTIF DU PROCESSUS DE CONCEPTION.......................124
3.1Support fonctionnel, coopération et aspects évaluatifs............................................. 125
3.2Aide à la décision.......................................................................................................125
3.3Conclusion................................................................................................................. 126
Chapitre 7.Les outils existants pour le support fonctionnel des aspects évaluatifs
et coopératifs du processus de conception ..............................................................127
1OUTILS ISSUS DE MÉTHODES DE CONCEPTION.............................................................................. 128
1.1Systematic design.......................................................................................................128
1.1.1Les outils proposés..............................................................................................128
1.1.2La navigation supportée......................................................................................131
1.1.3Conclusion.......................................................................................................... 131
1.2Analyse de la valeur...................................................................................................132
1.2.1Les outils de l'analyse fonctionnelle....................................................................132
7
Table des matières.
1.2.2Variantes............................................................................................................. 137
1.2.3La navigation supportée......................................................................................139
1.2.4Conclusion.......................................................................................................... 140
1.3QFD........................................................................................................................... 141
1.3.1La technique........................................................................................................141
1.3.2La navigation supportée......................................................................................143
1.3.3Conclusion.......................................................................................................... 145
1.4Total design............................................................................................................... 145
1.4.1Les outils.............................................................................................................146
1.4.2La navigation supportée......................................................................................148
1.4.3Conclusion.......................................................................................................... 149
1.5Conclusion................................................................................................................. 149
2OUTILS D’ÉVALUATION MONO-DIMENSION.................................................................................. 151
2.1Les outils d’estimation des coûts .............................................................................. 151
2.1.1Les méthodes analogiques...................................................................................152
2.1.2Les méthodes paramétriques...............................................................................152
2.1.3Les méthodes analytiques....................................................................................153
2.1.4Synthèse.............................................................................................................. 153
2.2Les outils d’évaluation des performances environnementales.................................. 153
2.3Conclusion................................................................................................................. 154
3AIDE MULTICRITÈRE À LA DÉCISION...........................................................................................155
3.1Les travaux étudiés.................................................................................................... 156
3.1.1Agrégation totale.................................................................................................156
3.1.2Les méthodes de comparaison par paires............................................................156
3.1.3Les méthodes de surclassement.......................................................................... 157
3.1.4Conclusion.......................................................................................................... 157
3.2Les activités supportées............................................................................................. 157
3.2.1Définition ........................................................................................................... 157
3.2.2Reformulation..................................................................................................... 158
3.2.3Evaluation........................................................................................................... 158
3.3Conclusion : Utilisation en conception ?..................................................................159
4LA VALEUR, OUTIL DE CONCEPTION ?....................................................................................... 160
4.1Le concept de valeur..................................................................................................160
4.2Valeur et évaluation dans un contexte de conception : l’approche Analyse de la
Valeur............................................................................................................................. 161
4.2.1Les fondements de cette méthode....................................................................... 161
4.2.2La mesure de la valeur selon la méthode............................................................ 163
4.3Valeur et décision multicritère.................................................................................. 163
4.3.1La méthode SPEC............................................................................................... 163
4.3.2Une première proposition : un outil hiérarchique d’aide à la décision orientée
Valeur..........................................................................................................................164
4.4Conclusion................................................................................................................. 166
5CONCLUSION ........................................................................................................................166
Chapitre 8.Vers le support du processus de conception selon une démarche
opportuniste............................................................................................................... 169
1UNE STRUCTURE D’OBJETS CO-ÉVOLUTIVE .................................................................................170
1.1Le formalisme fonctionnel, un attribut s'appliquant aux objets................................171
1.2Des associations décrivant les navigations............................................................... 172
1.2.1Décomposition ................................................................................................... 173
1.2.2Justification......................................................................................................... 174
8
Table des matières
1.2.3Influence(s)......................................................................................................... 175
1.3De nouvelles classes.................................................................................................. 176
1.3.1Caractéristique.................................................................................................... 176
1.3.2Appréciation .......................................................................................................176
1.3.3Corrélation.......................................................................................................... 177
1.3.4Pondération......................................................................................................... 178
1.4Le formalisme retenu................................................................................................. 178
2INTÉGRER L’OUTIL VALEUR...................................................................................................... 179
2.1Une définition plus large........................................................................................... 179
2.2Au sens de notre structure d’objets........................................................................... 180
2.3Conclusion................................................................................................................. 181
3DE LA STRUCTURE D'OBJETS À L'OUTIL...................................................................................... 181
3.1Reformulations et évaluations................................................................................... 181
3.2Un cadre pour intégrer l’usage des outils existants..................................................182
3.3La dynamique de mise en œuvre................................................................................183
3.4Un outil pour quel(s) acteur...................................................................................... 184
3.5Intégrer la valeur dans l'usage..................................................................................185
3.6Synthèse..................................................................................................................... 186
4INTÉRÊTS DE CET OUTIL...........................................................................................................189
4.1Le support de la coordination................................................................................... 189
4.2Le support de l’activité méta fonctionnelle............................................................... 189
5CONCLUSION.........................................................................................................................191
Conclusions et perspectives Références bibliographiques Annexe.............. 193
Chapitre 9.Conclusions et perspectives................................................................... 195
1NOTRE CONTRIBUTION À LA CONCEPTION INTÉGRÉE DES SYSTÈMES MÉCANIQUES...............................195
2DU POINT DE VUE MÉTHODOLOGIQUE........................................................................................ 197
2.1Un cadre méthodologique appliqué de recherche en conception de produit............197
2.2A Design Research Methodology...............................................................................199
3PERSPECTIVES....................................................................................................................... 202
3.1Une validation du travail à poursuivre..................................................................... 202
3.2Un objet de recherche à globaliser........................................................................... 203
3.3De futures directions de recherche............................................................................205
Références bibliographiques.....................................................................................207
Annexe : Enregistrement du corpus [DPW94] au sens des activités de notre
modèle.........................................................................................................................217
9
Table des matières.
TABLE DES ILLUSTRATIONS
Figures
Figure -1.1 La complexité du problème de conception, [ISH90]............................................................................22
Figure -1.2 Le modèle du processus de conception proposé dans [PAH96]...........................................................24
Figure -1.3 "Over the wall design", tiré de [BOO94]............................................................................................. 26
Figure -1.4 Modélisation possible des réitérations d’un processus séquentiel........................................................27
Figure -1.5 La roue du concurrent engineering, [PAR93].......................................................................................28
Figure -1.6 Conceptions parallèle et intégrée (en bas) ou séquentielle (en haut)....................................................29
Figure -2.1 La démarche de recherche suivie..........................................................................................................39
Figure -3.1 Phases et résolutions de problème dans les modèles séquentiels (en haut) et simultanés (en bas).......44
Figure -3.2 La communication entre phases dans les modèles séquentiels et simultanés....................................... 44
Figure -3.3 Les dimensions parcourues par le processus de conception.................................................................46
Figure -3.4 Modèles classique (en haut), et d'intégration des points de vue (en bas), tiré de [DAR97].................47
Figure -3.5 Les critères de conception, liens entre problèmes et solutions [BLA98]............................................. 51
Figure -4.1 Les six phases du processus de conception, [ULR00]..........................................................................56
Figure -4.2 Le modèle du processus de conception, [ULL02]................................................................................57
Figure -4.3 Le noyau du processus de conception, [PUG90]..................................................................................58
Figure -4.4 Le noyau enveloppé des spécifications, [PUG90]................................................................................59
Figure -4.5 Les micro stratégies, [PUR94]..............................................................................................................63
Figure -4.6 Les catégories d'activités de [GIR00]...................................................................................................63
Figure -4.7 La typologie des actes de conception, [MIC02]...................................................................................64
Figure -4.8 Le nœud de décision, [AHM02]..........................................................................................................65
Figure -4.9 Transformation d'un espace fonctionnel en un espace physique, [SUH90].........................................68
Figure -4.10 Les quatre domaines de la conception, [SUH01]............................................................................... 69
Figure -4.11 La relation entre propriétés et qualités, [MOR93]..............................................................................70
Figure -4.12 Les domaines de la conception, [MAL93]......................................................................................... 71
Figure -4.13 Les deux cotés d'un produit, [HAN03]..............................................................................................72
Figure -4.14 Les deux faces d’un produit, [PER01]...............................................................................................72
Figure -4.15 Les domaines de la conception, [YAN02].........................................................................................73
Figure -4.16 Le modèle FBS, [GER90].................................................................................................................. 74
Figure -4.17 Le modèle FBS situé, [GER02].........................................................................................................75
Figure -4.18 Un exemple d'IBIS, [REG00].............................................................................................................76
Figure -4.19 Le modèle DRL, [HU00]....................................................................................................................77
Figure .5.1 L'évolution des modèles du processus de conception, [BLE96]...........................................................84
Figure .5.2 Le modèle de [CRO89].........................................................................................................................84
Figure .5.3 L'émergence du produit, conjectures et évaluations, [BLA98a]...........................................................85
10
Table des matières
Figure .5.4 Espaces du problème et de la solution, [BRI03a]................................................................................. 86
Figure .5.5 Le modèle co-évolutif, [MAH03].........................................................................................................86
Figure .5.6 Notre représentation du processus de conception co-évolutif.............................................................. 88
Figure .5.7 Le carré de conception, [HAT03]......................................................................................................... 89
Figure .5.8 Le cahier des charges de [DPW94].......................................................................................................94
Figure .5.9 Le premier extrait du corpus, lecture d'un compte rendu d'essai d'un prototype.................................. 96
Figure .5.10 Le second extrait du corpus, considération de la configuration de la solution finale......................... 96
Figure .5.11 Le processus de conception de [DPW94] selon les axes du temps et problème/solution (noté P et S)..
99
Figure .5.12 Les occurrences des différents types d’activité.................................................................................100
Figure 5.13 Durée et proportion des activités mises en œuvre..............................................................................100
Figure .5.14 La fréquence des différentes activités en fonction de leur durée......................................................102
Figure 5.15 La proportion de temps cumulé passé à la mise en œuvre des quatre activités, en fonction de la
progression dans le processus (en secondes).........................................................................................................103
Figure 5.16 Occurrences des activités dans un plan instant/durée........................................................................104
Figure .7.1 La décomposition fonctionnelle, [PAH96].........................................................................................128
Figure .7.2 Une feuille de sélection, [PAH96]......................................................................................................129
Figure .7.3 Un arbre de décision, [PAH96].......................................................................................................... 130
Figure 7.4 Les navigations supportées par les outils de Pahl et Beitz...................................................................132
Figure .7.5 L'analyse fonctionnelle comme lien entre problème et solution, [PRU03].........................................134
Figure .7.6 La méthode des milieux extérieurs pour un élément d'un système de remontée mécanique, [ZWO03]...
135
Figure .7.7 Le FAST pour un élément d’un système de remontée mécanique, [ZWO03].................................... 136
Figure .7.8 Un arbre fonctions/moyens, [HAN97]................................................................................................138
Figure .7.9 Les navigations supportées par les outils de l'analyse fonctionnelle.................................................. 140
Figure .7.10 Les navigations supportées par les arbres fonctions/moyens............................................................141
Figure .7.11 La première maison de la qualité......................................................................................................142
Figure .7.12 Un outil similaire à la maison de la qualité dans une approche par domaines (de propriétés),
[HUB96]................................................................................................................................................................144
Figure .7.13 Les navigations supportées par la maison de la qualité.................................................................... 145
Figure .7.14 Les éléments du PDS, [PUG90]........................................................................................................146
Figure .7.15 Une matrice d'évaluation dans le cas d'un avertisseur sonore, et les différentes alternatives
proposées, [PUG90].............................................................................................................................................. 147
Figure .7.16 La convergence contrôlée, [PUG90]................................................................................................ 148
Figure .7.17 La navigation supportée par [PUG90].............................................................................................. 149
Figure .7.18 La hiérarchie proposée pour formaliser l’évaluation et la décision orientée « Valeur »...................165
Figure 8.1Diagramme des classes......................................................................................................................... 170
Figure 8.2 Les arbres fonctions/moyens pour décrire l’axe de justification (à gauche) ou d’abstraction/détail (à
droite).................................................................................................................................................................... 172
Figure .8.3 La structure d’objet enrichie...............................................................................................................179
Figure .8.4. La classe d'objets ressource............................................................................................................... 181
Figure .8.5. L'outil dans le cas de l'utilisation d'outils existants............................................................................187
Figure .8.6. L'outil utilisé par un acteur dédié.......................................................................................................187
Figure .8.7. Exemples de règles de traduction entre un outil et la structure d'objets............................................ 188
Figure .8.8. Exemple d'une vue sur la structure d'objets.......................................................................................188
Figure .9.1 La première partie de notre travail située dans l'approche de [BRI03].............................................. 198
11
Table des matières.
Figure .9.2 La démarche suivie lors de la seconde partie de notre travail de recherche, d'après [BRI03]............199
Figure .9.3 Méthode de recherche proposée dans [BLE02]................................................................................. 200
Figure .9.4 Le réseau des critères et facteurs influents de notre recherche........................................................... 202
Tableaux
Tableau-4.1 Les phases du processus de conception proposées par Pahl et Beitz, Ulrich et Eppinger, Ullman,
Pugh et les normes relatives à l’AV........................................................................................................................ 59
Tableau-4.2 Les activités évaluatives des modèles descriptifs................................................................................66
Tableau-4.3 Les catégorie de domaines proposés par [voir tableau]...................................................................... 79
Tableau-4.4 Les trois modèles des base du processus de conception..................................................................... 81
Tableau.5.1 1Quelques exemples d'objets de la classe draft, tirés de [DPW94].................................................. 108
Tableau.5.2 Quelques contraintes issues du corpus [DPW94]..............................................................................109
Tableau.5.3 Quelques exemples de besoins exprimés tirés de [DPW94]............................................................ 110
Tableau.5.4 Quelques exemples de critères d'évaluation......................................................................................111
Tableau 7.1 Les phases du QFD............................................................................................................................142
Tableau 8.1 Les 4 classes d'objets proposées dans la partie précédente...............................................................169
Tableau-9.1 Les étapes de la première partie de notre recherche......................................................................... 201
Tableau 9.2 Les étapes de la seconde partie de notre recherche...........................................................................201
12
INTRODUCTION
Ce mémoire présente les résultats de notre travail de thèse, mené au sein de l'équipe
Conception Intégrée du laboratoire Sols, Solides, Structures. Les activités de recherche
menées par cette équipe visent à améliorer la conception et le développement des produits et
des systèmes mécaniques en proposant des méthodes, des modèles et des outils pour la
conception concourante et la co-conception dans un contexte d'ingénierie simultanée.
La conception, activité humaine, a de tous temps impliqué la mise en oeuvre de modèles,
méthodes et outils. L'histoire récente a vu l'attention portée à l'étude et au développement de
ces modèles, outils et méthodes croître. Alors que les efforts dirigés vers le progrès industriel
se sont longtemps adressés aux activités de production, l'importance de l'étape de conception
sur la compétitivité des produits industriels en a fait un sujet d'étude privilégié, considéré
comme le moteur de la réussite sur les trois plans {Qualité, Coûts et Délai de mise sur le
marché}. Outre cette triple réussite, la conjoncture économique impose aux entreprises de
toujours progresser, s'améliorer, pour au minimum suivre, au mieux devancer ses concurrents.
L'innovation devient alors une stratégie nécessaire, qui permet à l'entreprise de s'ouvrir de
nouvelles voies dans sa perpétuelle conquête du marché.
Les organisations industrielles ont changé afin de répondre à ces impératifs. Aux
organisations séquentielles, cloisonnées par une hiérarchie professionnelle et culturelle, ont
succédé les plateaux projets, la conception parallèle, l'ingénierie concourante ou simultanée et
le travail collaboratif. Ces nouvelles organisations se destinent à mettre en oeuvre des
processus de conception plus court par la parallélisation des tâches, aboutissant à des produits
de meilleure qualité et moins chers en intégrant les acteurs de tout le cycle de conception et de
fabrication au plus tôt dans le processus de conception.
Depuis quelques années (le rapport de la commission Brundtland date de 1987), les
concepteurs doivent en outre faire face au défi du développement durable. Il s'agit maintenant
d'intégrer les acteurs, actuels ou futurs de l'ensemble du cycle de vie du produit et les valeurs
13
de tous ses acteurs, environnement et monde social compris. Pour cela il faut résoudre un
problème de conception de plus en plus :
•Complexe. Il faut intégrer les valeurs, les points de vues, les objectifs d'un nombre
croissant d'acteurs. Cette intégration concerne aussi bien le produit (dont les performances
sont techniques, économiques, environnementales...) ou le processus qui y mène (les tâches
sont nombreuses, non indépendantes, les acteurs sont nombreux et doivent collaborer
efficacement dans la résolution de ces tâches).
•Mal défini. La réactivité imposée par le marché, la rapidité de l'évolution du monde actuel
font de la conception une activité nécessairement innovante. Il ne s'agit plus de répondre à
un marché où la demande s'adapte à l'offre, mais de concevoir aussi bien le problème
auquel le produit répond, le besoin qu'il remplit que la solution qui va être vendue. Les
problématiques du développement durable ont de plus fait surgir la nécessité de répondre à
des problèmes intrinsèquement inconnus (comment optimiser un produit pour sa fin de vie
alors que les procédés de traitement des produits ne sont pas encore inventés ? ).
•Ouvert. Les nouvelles technologies et matériaux visent des domaines de plus en plus
larges. Les concepteurs, dans un élan d'innovation, doivent étendre au maximum leur
inspiration, leur analyse, leur créativité. Il s'agit d'inventer des problèmes auxquels
répondre autant que des solutions.
Offrir aux concepteurs des modèles, méthodes et outils qui supportent de façon efficace et
efficiente leur travail dans un contexte de conception intégrée relève donc d'une
problématique très large. Un travail de thèse ne saurait prétendre y répondre dans sa globalité,
c'est pourquoi il convient de définir avec plus de précision, dans cette problématique, le sujet
et les enjeux de notre travail de recherche. L'évolution soulevée plus haut (celle des
organisations industrielles) pose la question de la représentation, la description, la
modélisation des processus de conception dans un contexte d'ingénierie concourante. Nous
étudierons plus particulièrement les contributions de l'approche co-évolutive à cette
problématique, et chercherons à rendre compte de la place de l'évaluation dans ce processus et
de sa dynamique. D'autre part, nous envisagerons le support de la mise en oeuvre des activités
de ce processus. Nous nous attacherons particulièrement à tenir compte de la nature
opportuniste des mécanismes de sa planification.
14
Ce mémoire décrit les résultats de la recherche menée pour traiter ces questions dans une
organisation en trois parties :
Dans le premier chapitre, nous définirons notre sujet d'étude en nous basant sur les
caractéristiques des problèmes de conception, qui ont orienté nos investigations et constituent
en ce sens les hypothèses de notre travail. Le second chapitre présente alors le processus qui a
conduit à la réalisation de ce mémoire. Il offre ainsi un regard méthodologique sur la
définition de notre problématique et sur la construction de notre proposition de réponse.
Dans la deuxième partie, le chapitre 3 étudie la nature du processus de conception et de sa
représentation. Cette étude nous conduit à constater les limites des approches séquentielles
pour représenter toutes les caractéristiques des processus réels, puis à proposer de décrire le
processus de conception comme multidimensionnel. Un état de l'art nous permettra alors
d'identifier, dans les travaux existants, plusieurs modes de représentations du processus qui
décrivent autant de ses dimensions (Chapitre 4). Nous retiendrons de cette étude les concepts
de domaine et d'activité, que nous associerons pour proposer, dans le chapitre 5, un modèle
co-évolutif du processus de conception. Une étude de protocole permet d'illustrer la capacité
de ce modèle à traduire un processus de conception existant, tenant compte notamment de sa
dynamique opportuniste.
La troisième partie répond à la question du support au processus de conception, et est
construite selon le même schéma que la partie 2. Le chapitre 6 interroge ainsi la notion de
support, en définissant les concepts de méthode et d'outil. Un état de l'art présente alors, dans
le chapitre 7, les outils existants susceptibles de participer au support des activités
d'évaluation et de représentation du problème. Le chapitre 8 définit finalement notre
proposition de réponse à cette problématique, en envisageant le support du processus de
conception selon une démarche opportuniste. Cette proposition est illustrée par l'étude de
protocole déjà citée.
Nous terminerons alors ce mémoire en tirant les conclusions de notre travail et en présentant
ses perspectives.
15
16
Partie 1.
PARTIE 1 : INTRODUCTION GÉNÉRALE
Dans le premier chapitre, nous définirons notre sujet d'étude en nous basant sur
les caractéristiques des problèmes de conception, qui ont orienté nos investigations et
constituent en ce sens les hypothèses de notre travail. Le second chapitre présente alors
le processus qui a conduit à la réalisation de ce mémoire. Il offre ainsi un regard
méthodologique sur la définition de notre problématique et sur la construction de notre
proposition de réponse.
Chapitre 1. Sujet de recherche : Le processus de conception 19
1 La conception, résolution de problème 20
2 Evolution de la conception 22
3 Décrire la conception intégrée 31
4 L’évaluation et l’expression du problème 32
5 Questions de recherche 32
Chapitre 2. Démarche de recherche 35
1 Etude bibliographique des contraintes et critères de valeur. 36
2 Etude de la problématique de l’aide à la décision multicritère 36
3 Première proposition : un outil d’aide à la décision en conception 37
4 Étude bibliographique centrée sur la conception co-évolutive. 38
5 Un nouveau modèle du processus de conception 38
6 Du modèle à l’outil 38
7 Résumé 39
La recherche, c'est ce que je fais quand je ne sais pas ce que je fais.
Werner Von Braun.
17
Partie 1.
18
Chapitre 1. Le processus de conception
CHAPITRE 1. SUJET DE RECHERCHE : LE PROCESSUS DE CONCEPTION
Notre travail de thèse a pour objet principal le processus de conception, et plus
particulièrement le processus de conception de produits et de systèmes mécaniques. Nous
accepterons une définition donnée dans [ULL02], qui considère ce processus comme
aboutissant à la définition d’objets physiques (par opposition aux programmes informatiques
par exemple), discrets (par opposition aux matières premières ou aux tissus par exemple) et
issus de l’ingénierie (par opposition à la publication de périodiques par exemple).
Une opinion aujourd’hui partagée au sein de la communauté de chercheurs en conception
considère que ce processus consiste d’un point de vue macroscopique à transformer un besoin
en définition d’un produit, incluant éventuellement la définition de son processus de
fabrication. Un débat existe quant aux limites avales de ce processus, certains y incluant par
exemple la phase d’utilisation, l’usage d’un produit étant conçu par son utilisateur et cet usage
pouvant conduire à une modification du produit (nous retiendrons le terme de solution pour
désigner l’ « objet » conçu, qu’il soit l'artefact seul ou l'artefact et son usage). Un autre débat
existe quant à sa limite amont, à savoir selon que l’identification du besoin et son expression
initiale soit une tâche incluse dans la conception, ou du ressort d’une autre phase. En effet
l’identification du besoin et son expression résulteront en une interprétation, une modélisation
du besoin réel [YAN02]. Nous situons notre travail, d’autre part, dans la société globale
actuelle. Dans ce contexte nous remarquerons que la mise en œuvre des étapes avales du cycle
de vie du produit passe par sa mise sur le marché, et sa réussite dans ce cadre, ce qui implique
une décision d’achat.
Concevoir consiste donc à transformer un besoin, ou tout du moins un besoin exprimé, en
définition d’une solution. Ce processus, cette activité humaine est une expression de la
19
Chapitre 1. Le processus de conception
créativité des hommes qui la mette en œuvre. Cette mise en œuvre permet de passer d’une
situation initiale problématique, dans laquelle un besoin n’est pas satisfait, ou est considéré
comme pouvant être mieux satisfait, à une situation dans laquelle il l’est, ou l’est mieux. D’un
point de vue macroscopique, nous sommes donc en face d’une résolution de problème.
1 La conception, résolution de problème
Le déroulement du processus de conception consiste alors en un passage d’une situation
initiale d’insatisfaction à une situation objective, dans laquelle cette insatisfaction est résolue
par la définition du produit. Ce processus peut donc être considéré comme une résolution de
problème [SIM73].
Dans le cas de la conception de produits, les problèmes traités présentent certaines
caractéristiques particulières sur lesquelles nous allons revenir ci-après.
1.1 Un problème mal défini
Selon Simon [SIM73], il existe une distinction entre les problèmes bien définis et les
problèmes mal définis, selon que l’état initial, l’état but et les opérateurs qui permettent de
passer de l’un à l’autre soient ou non spécifiés de façon explicite ou conformément à certaines
conventions formelles. Dans le cas d’un problème de conception (exception faite de certaines
procédures de conception routinières très limitées, telles que des procédures d’optimisation
par exemple), nous conviendrons que certains aspects sont initialement incomplets, ou non
spécifiés formellement. Certaines données peuvent par exemple être déterminées durant le
déroulement du processus, et modifier la connaissance que l’on a du problème ou de l’état
final. De ce fait nous conclurons avec Schön [SCH83] et Visser [VIS02] qu’un problème de
conception est par nature mal défini.
1.2 Un problème ouvert
Selon Fustier [FUS89], il existe de plus une distinction entre les problèmes fermés et les
problèmes ouverts. Dans le cas d’un problème fermé, la solution, ou l’état final, consiste en
un réagencement des données du problème, ou de l’état initial, le réagencement étant soumis à
des règles de transformation. Dans ce cas, la solution du problème est soit unique, soit
appartient à un ensemble fini [ibid.]. Par opposition, les problèmes ouverts admettent
plusieurs solutions, leur nombre n’étant ni prévisible ni fini. Nous considérerons donc qu’un
20
Chapitre 1. Le processus de conception
problème de conception (encore une fois à l’exception des certaines procédures limitées) est
un problème ouvert.
1.3 Un problème dont la résolution est collective
Nous situons en effet notre travail dans un cadre de conception industrielle (par opposition à
une conception artisanale, dans laquelle l’artisan est le seul acteur impliqué dans la conception
du produit). Dans ce contexte, la conception est aujourd’hui l’œuvre de plusieurs acteurs
différents, issus de différents métiers. Cette parcellisation, dans l’organisation industrielle, des
acteurs de la conception est notamment expliquée par Midler dans son modèle d’ingénierie
[MID97][MUN02]. La conception est donc bien un processus collectif.
Ces différents acteurs participent conjointement et de façon complémentaire à la résolution du
problème de conception. Ils partagent un but commun, qui est celui d’aboutir à la définition
du produit. Nous nous trouvons donc dans une situation de coopération [PRU03].
L’aspect collectif induit le besoin d’organiser les activités menées par chacun des acteurs, de
les coordonner.
Le processus de conception est une œuvre collective, son achèvement nécessite une
coopération de plusieurs acteurs, ainsi que la coordination du travail de ces acteurs.
1.4 Un problème complexe
Cette implication d’acteurs différents va de paire avec la prise en compte de nombreux aspects
intervenants dans la résolution du problème (qualité, coût, délai, fiabilité, esthétique…). Ces
aspects sont le plus souvent interdépendants, nous pouvons donc considérer le problème de
conception comme compliqué [MAI03]. Ces interdépendances, ainsi que le nombre de ces
aspects en interdit toute décomposition en sous-problèmes indépendants [VIS02], ainsi qu’une
possible unicité [REI64].
Ces aspects correspondent à l’expression de certains points de vue, le plus souvent
hétérogènes. Il est impossible de dégager un point de vue unique et global, qui constituerait un
référentiel. Ainsi chaque solution proposée lors de la conception peut être appréciée
différemment selon chacun des aspects. L’achèvement de la conception correspondra au choix
d’une solution parmi l’ensemble des solutions acceptables, la solution finale n’étant pas
optimale [BEG97]. Ishii [ISH90] donne une illustration très parlante de cette propriété du
processus de conception (Fig. 1.1).
21
Chapitre 1. Le processus de conception
Figure -1.1 La complexité du problème de conception, [ISH90].
Ces deux caractéristiques nous font alors considérer le problème de conception comme un
problème complexe.
Nous considérons donc que le processus de conception est un processus de résolution de
problème, ce problème étant mal défini, ouvert, collectif et complexe. En outre, le contexte
actuel est celui d’une conception en évolution rapide. Les organisations industrielles, comme
les descriptions du processus de conception, ont effet été témoins les dernières décennies
d’une évolution franche.
2 Evolution de la conception
Les dernières décennies ont vu se modifier profondément le déroulement des processus de
conception industrielles. Les organisations basées depuis la seconde guerre mondiale (à la
suite du taylorisme) sur le modèle d’ingénierie puis sur le modèle de l’intégration des services
[PRU99] ont du s’adapter aux besoins grandissants en termes de délai de mise sur le marché
et de coût de développement, alors que le marché n’est plus en expansion et que la
concurrence est de plus en plus féroce.
22
Chapitre 1. Le processus de conception
Ainsi, inspirées notamment de l’organisation des industries japonaises et des modèles issus du
toyotisme, les organisations industrielles occidentales ont adopté un modèle dit d’ingénierie
concourante afin de répondre à ces nouveaux besoins.
Alors que le déroulement de la conception dans le premier cas peut être décrit et supporté en
s’appuyant sur des modèles dits séquentiels, la conception dans l’ingénierie concourante
s’appuie sur le modèle dit simultané.
2.1 Modèles séquentiels
Dans le modèle d’ingénierie [MID97], les différentes tâches qui constituent le processus de
conception sont parcellisées, ce processus est alors considéré comme [PRU99]
Une juxtaposition d’activités coordonnées entre elles par des relations
contractuelles.
Dans un contexte où il faut susciter une demande qui au départ n’existe pas [PRU99], ou n’est
pas formulée explicitement, le modèle de l’intégration des services va proposer d’intégrer de
nouvelles tâches amont au processus de conception, telles que le marketing. Ce modèle de
l’intégration considère lui aussi la conception comme une juxtaposition des tâches qui la
compose, et dont
Le principe de coordination est procédural, définissant l’intervention séquentielle
des différents métiers selon un jalonnement linéaire type. [MID97]
Le déroulement de la conception, dans les organisations industrielles ainsi définies, peut alors
être décrit par un modèle séquentiel du processus de conception. Ces modèles séquentiels sont
aussi à la base de méthodes de conception, destinées à prescrire et supporter le déroulement
du processus dans ce contexte.
Ces modèles sont basés sur une décomposition séquentielle du processus de conception,
centrée autour de la notion de phase. Selon cette approche, le processus se compose d’une
suite de phases enchaînées, qui partant d’une description du problème auquel les concepteurs
vont avoir à faire face, aboutit à la définition complète de la solution. Son déroulement passe
donc par la réalisation successive de plusieurs phases, le produit d’une phase donnée servant
de point de départ pour la phase suivante. Chaque phase correspond à la mise en œuvre de
certaines activités menées par les acteurs lors de son déroulement.
On peut par exemple présenter le modèle proposé par Pahl et Beitz [PAH84]. Celui-ci décrit
le processus de conception comme composé de quatre phases successives, correspondant
23
Chapitre 1. Le processus de conception
chacune à un métier1. Les auteurs recensent ainsi les phases de clarification of the task, de
conceptual design, d’embodiment design et de detail design. Une phase ne commence qu’une
fois la phase précédente terminée ; le produit d’une phase constitue alors la donnée d’entrée
de la phase suivante (Fig. 1.2).
Figure -1.2 Le modèle du processus de conception proposé dans [PAH96]
Nous pouvons considérer le déroulement de chaque phase comme la résolution d’un problème
qui lui est propre. L’ensemble de ces sous-problèmes correspond à une décomposition a
priori, c’est à dire à une planification hiérarchique descendante du problème de conception
global. Cette décomposition a priori suppose le problème défini initialement, ce qui est
1 Ce modèle ne s’applique qu’à la partie du processus de conception aboutissant à la définition du produit, sans
tenir compte de la définition de son processus de fabrication.
24
Chapitre 1. Le processus de conception
contraire aux caractéristiques constatées d’un problème de conception. Dans ce contexte, en
considérant le problème de conception global, nous pouvons remarquer que :
Au fur et à mesure du déroulement du processus global, le problème est de mieux en
mieux défini. En effet chaque phase bénéficie du produit de la phase précédente, ce
qui aide à mieux définir le problème auquel elle doit faire face, ainsi que le but qu’elle
doit atteindre (par exemple, la phase d’embodiment design, dont le but est une
structure adjointe d’une géométrie, commence en ayant connaissance d’un concept de
solution issu de la phase de conceptual design. Ce concept en lui-même définit
partiellement l’état final auquel la phase d’embodiment design doit parvenir).
Pour sensiblement les mêmes raisons, le problème est de moins en moins ouvert. En
effet l’achèvement d’une phase, en même temps qu’il définit plus précisément le
problème que la phase suivante doit résoudre, limite le nombre de solutions possibles
pour celle ci (alors qu’il existe un grand nombre (potentiellement infini) de concepts
susceptibles de remplir un besoin donné, un nombre moindre de formes peuvent
correspondre à un concept donné). Nous sommes en effet face à une situation de
prescription.
Cette modélisation, si elle sert de base à une démarche opérationnelle, correspond à
une planification hiérarchique du déroulement du processus de conception. Cette
planification influe sur la façon dont se déroule la coopération lors du déroulement du
processus. La coopération n’est supportée qu’au sein de chaque phase. La coordination
de l’ensemble des phases étant strictement limitée à la planification de base du modèle
[JEA98], la coopération entre les acteurs de phases différentes ne peut se faire que de
façon informelle et limitée, et ne peut se passer qu’à partir de volontés individuelles
[PRU99]. Cette planification agit donc à la fois sur l’aspect collectif du processus de
conception, en prescrivant les modalités de coopération, et sur son aspect complexe.
Cette modélisation impose en effet, en même temps que la planification du processus,
la décomposition du problème global en sous-problèmes locaux, propres à chaque
phase, et traités successivement.
Nous pouvons remarquer dans la figure 1.2 qu’au schéma de base proposé s’ajoute un
ensemble de réitérations possibles et souvent nécessaires (l’ensemble de liens fléchés entre les
différentes étapes pointées et ce que les auteurs nomment Upgrade and improve et
information : adapt specifications). En effet, le déroulement effectif du processus de
conception en suivant ce modèle soulève certains problèmes. En considérant chacune des
25
Chapitre 1. Le processus de conception
phases comme la résolution d’un problème, le déroulement linéaire et efficace d’une telle
démarche présuppose que l’état final atteint à la fin d’une phase constitue, pour la phase
suivante, un état initial à partir duquel il est possible d’atteindre le but espéré (par exemple il
suppose qu’une structure proposée pourra, une fois dimensionnée, supporter la charge à
laquelle elle est soumise, ou qu’une spécification sur une surface pourra être tenue lors de son
usinage). Nous sommes donc en face d’une situation de prescription contractuelle d’une phase
envers la suivante. Or ce modèle s’appuyant sur un cloisonnement des différentes phases,
cette hypothèse n’est pas forcément vérifiée. Il est en effet possible, dans une organisation
basée sur ce modèle, que la phase de conception de produit prescrive la phase de conception
de process sans tenir compte de ses contraintes, comme l’illustre la figure 1.3.
Figure -1.3 "Over the wall design", tiré de [BOO94]
Les re-itérations offrent donc aux acteurs d’une phase (n) n’ayant pu aboutir de façon
satisfaisante, de « renvoyer la balle » à la phase précédente (n-1). Cette situation correspond à
l’impossibilité pour la phase (n) de remplir ses propres contraintes, à la suite de la solution
obtenue par la phase (n-1). Ceci va permettre aux acteurs de la phase (n-1) de tenir compte de
cette nouvelle information2 lors de la formulation du problème qu’il doive à nouveau
résoudre, pour aboutir à une solution tenant compte de cette nouvelle contrainte (Figure 1.4).
2 L’impossibilité pour la phase (n) d’aboutir à partir du résultat obtenu par la phase (n-1), en respectant ses
propres contraintes.
26
Chapitre 1. Le processus de conception
Figure -1.4 Modélisation possible des réitérations d’un processus séquentiel
Afin d’une part de réduire ces problèmes d’incompatibilités entre le produit d’une phase et le
déroulement de la suivante, qui engendrent des réitérations et donc des coûts et des délais
supplémentaires, et d’autre part de mieux répondre aux évolutions du marché économique, de
nouvelles organisations industrielles sont apparues lors des dernières décennies. Le processus
de conception au sein de ces organisations n’est plus basé un modèle séquentiel, mais
simultané.
2.2 Modèles simultanés
Les dernières décennies ont vu se mettre en place dans de nombreuses entreprises des
organisations dites d’ingénierie concourante. Contrairement aux organisations basées sur le
modèle séquentiel linéaire, la coordination en ingénierie concourante3
cherche à permettre l’expression de tous les points de vue au plus tôt, d’anticiper
[MID97].
Cette expression vise à la prise en compte en même temps des contraintes relatives à
l’ensemble du cycle de vie du produit. Ces organisations sont basées sur un nouveau modèle
du processus de conception, dit de conception simultanée [PAR93].
3 Concurrent engineering dans la littérature anglo-saxonne.
27
Chapitre 1. Le processus de conception
Les modèles construits sur cette notion sont toujours basés sur une décomposition du
processus de conception en phases. Néanmoins, au lieu de considérer le déroulement des
phases comme séquentiel, ce modèle se base sur l’hypothèse de leur déroulement en parallèle.
Le produit mais aussi sa fabrication, le système de production, sa maintenance et tous les
éléments de son cycle de vie sont pris en compte et définis simultanément (Fig. 1.5).
Figure -1.5 La roue du concurrent engineering, [PAR93].
La représentation du processus de conception, selon le modèle simultané, en décrivant le
déroulement des phases, permet de constater le gain en terme de temps de développement
(Fig. 1.6).
28
Manufacturability
Process planning
Engineering
analysis
Reliability and
maintenance Ergonomics
Cost estimation
Testability
Assemblability
Control
logic
Life-cycle analysis
Advanced product modelers
Market analysis
R & D
Concurrent design
of product
and process
Manufacturing
Users
Chapitre 1. Le processus de conception
Gain en temps de
déve
lop
p
ement
Ph. 1
Ph..2
Ph.n
-
1
Ph. n
temps
Ph. 1
Ph..2
Ph.n
-
1
Ph. n
. n
Processus
séquentiel
Processus
concourant
Parallèlisme
des phases
Intégration entre
les phases
Figure -1.6 Conceptions parallèle et intégrée (en bas) ou séquentielle (en haut).
Néanmoins, ce gain de temps présuppose que chacune des phases aboutisse convenablement.
En effet, en considérant encore une fois la réalisation d’une phase comme une résolution de
problème, le problème que chaque phase doit résoudre est au moins partiellement défini par
certains éléments d’autres phases (il est difficile de définir la gamme d’usinage d’une pièce
sans avoir aucune idée de sa forme). L’aspect parallèle de la conception simultanée nécessite
donc l’intégration, afin que chaque phase puisse tenir compte des éléments issus des autres
phases. Nous rejoignons en ce sens Prudhomme [PRU99] :
D’une part, les différents acteurs vont se partager la tâche globale et travailler en
parallèle : la conception est parallèle.
D’autre part, les différents aspects traités successivement dans les organisations
séquentielles doivent désormais être pris en compte simultanément et conjointement :
la conception est intégrée.
Cette problématique a d’abord été traitée dans la littérature en proposant une intégration des
connaissances. Il s’agit de formaliser les connaissances propres aux métiers associés aux
phases, afin que les acteurs de la conception soient à même d’intégrer ces connaissances dans
l’exécution de leur tâche, et donc de tenir compte de contraintes issues d’autres phases.
29
Chapitre 1. Le processus de conception
Cette approche trouvant ses limites, du fait de la difficulté de formaliser les connaissances
puis de les décontextualiser et de se les approprier [PRU99], l’intégration a évolué vers une
intégration des acteurs de la conception [TIC95]. Les différents acteurs sont alors amenés à
coopérer au sein d’une équipe de conception. Ceci implique que le déroulement des
différentes phases soit coordonné. Cette coordination peut être le fait d’un contrôle extérieur
au déroulement des phases, comme d’un contrôle interne mené par les acteurs eux-mêmes.
Dans un cas comme dans l’autre, cette coordination doit elle-même naître de la coopération
des acteurs impliqués (nous y incluons l’acteur attitré à cette tâche), dont les modalités sont
émergentes, non figées, non prédéfinies [JEA98]. Les différents acteurs sont amenés par
exemple à coopérer via des institutions organisationnelles nouvelles, telles que les plateaux
projets [GAR94], dans lesquels le contrôle de la coordination est assurée par un acteur
différencié, le chef de projet, ou les groupes fonctions [MOI92], dans lesquels les acteurs
impliqués gèrent parallèlement leur tâche de conception, la coordination de leurs tâches et le
contrôle de cette coordination.
En considérant le déroulement du processus de conception comme une résolution de
problème, nous pouvons remarquer les point suivants :
Etant face à un problème de conception, celui ci est, comme nous l’avons vu, mal
défini. Chacune des phases menée en parallèle va s’attacher à résoudre une partie de
celui-ci, un sous-problème lui-même mal défini. Le déroulement de chaque phase va
alors participer à la définition progressive du sous-problème qu’elle traite. Il se pose
alors la question de la définition du problème global, et de la progression de cette
définition.
Chaque phase est face à un sous-problème ouvert. Néanmoins, le déroulement des
autres phases restreint l’ensemble des solutions possibles à ce sous problème. Il se
pose alors la question de la connaissance, pour une phase, de cette restriction.
La complexité du problème de conception est traitée, comme dans l’approche
séquentielle, par une décomposition a priori du problème (pourtant mal défini). Cette
décomposition est associée au découpage organisationnel par phases, chacune traitant
un sous-problème qui lui est propre.
L’aspect collectif du problème de conception est explicitement pris en compte dans le
modèle de conception simultanée. Nous avons vu plus haut que la coopération
30
Chapitre 1. Le processus de conception
nécessaire à l’aboutissement réussi du processus de conception passe par une
intégration des acteurs de conception.
C’est ce qui est devenu un processus de conception intégrée qui sera la thématique centrale
de notre travail de thèse.
3 Décrire la conception intégrée
La réalisation d’un processus de conception dans un contexte d’ingénierie concourante met en
œuvre l’intégration d’acteurs différents, qui coopèrent pour atteindre un objectif commun.
Cette intégration est assurée par le biais de nombreuses interactions entre ces acteurs. Ces
interactions peuvent être le fait de communications formelles (diffusion de documents…)
comme de communications informelles (conversations, appels téléphoniques…). Dans une
organisation séquentielle, l’interaction supposée entre phases, de type prescriptive et
unidirectionnelle, était majoritairement portée par des communications formelles, qui
correspondent à une propagation de contraintes vers l’aval. Le modèle séquentiel sur lequel
s’appuient ces organisations décrit explicitement et intrinsèquement ces interactions. Hors, le
constat que les processus réels de conception ne suivaient que rarement ou ponctuellement ce
modèle séquentiel idéal (du fait des itérations) comme la mutation des organisations
industrielles vers l’ingénierie concourante ont rendu ce modèle caduque.
Il est possible d’adopter un modèle simultané, basé sur une mise en parallèle des phases
jusqu’alors successives. Cette approche conduit à considérer tacitement les réalisations de ces
phases comme indépendantes, chacune traitant d’un sous-problème indépendant des autres.
Du fait de la complexité du problème comme de l’aspect collectif du processus de conception,
les interactions, moteur de l’intégration, ne sont pas explicitement décrites par ces modèles.
De nombreux travaux de recherche sur la conception de produit ont d’ailleurs proposé
d’autres notions sur lesquelles baser un modèle du processus de conception, telles que celle de
domaine ou de monde [SUH90].
La première problématique traitée dans ce travail de thèse sera donc celle de la modélisation
du processus de conception. Nous étudierons en ce sens dans la deuxième partie de ce
mémoire comment offrir un modèle du processus de conception qui permette de décrire
l’intégration, ainsi que les propriétés du problème de conception. Nous choisirons pour ce
faire de partir d’une base la plus générique possible, que nous avons identifiée comme étant
décrite à travers les modèles co-évolutifs.
31
Chapitre 1. Le processus de conception
4 L’évaluation et l’expression du problème
4.1 Des aspects fondamentaux de la conception
Voir le processus de conception comme une résolution de problème revient à considérer son
achèvement comme l’atteinte d’une situation objective dans laquelle le problème est résolu,
c’est à dire le besoin initiateur de la conception satisfait. Nous avons vu d’autre part dans
l’introduction de ce chapitre que, dans le contexte choisi, une conception réussie passe par la
réussite sur le marché du produit conçu, c’est à dire son achat volontaire. Cette décision
d’achat est donc motivée par un jugement, une évaluation de la part de l’acheteur sur la
solution proposée.
Ce point de vue révèle l’importance, pour les acteurs de la conception, de pouvoir évaluer
cette satisfaction du besoin, et ce au plus tôt, afin de prévoir et de pouvoir viser la réussite sur
le marché de la solution conçue. Cette évaluation et sa mise en œuvre sont intimement liées à
l’expression qui est faite du besoin. Lors de la conception, activité humaine, les concepteurs
doivent tenir compte, outre du besoin, des contraintes qui limitent l‘espace des solutions
possibles. Nous considérerons donc dans le cadre de cette thèse l’importance de l’expression
du problème, et de l’évaluation possible de la solution sur la base de ce problème exprimé.
4.2 L’évaluation, l’expression du problème et leur support
Le processus de conception, du point de vue macroscopique, correspond à la définition d’une
solution. Cet aspect synthétique, créatif et inventif est supporté par de nombreux outils,
ancestraux (le croquis, le prototypage…) comme plus modernes (le dessin assisté par
ordinateur…). Nous avons mis en évidence l’importance des aspects évaluatifs de ce même
processus. La seconde problématique traitée dans ce travail de thèse sera donc celle du
support à ces aspects évaluatifs.
5 Questions de recherche
Après avoir décrit l’objet de notre étude, c’est à dire le processus de conception intégrée,
résolution de problème, nous avons soulevé deux problématiques que nous traiterons dans ce
mémoire. Ces deux problématiques s’articulent autour des questions de recherche suivantes :
Q1. Les modèles co-évolutifs sont ils pertinents pour décrire un processus de conception
intégrée ?
32
Chapitre 1. Le processus de conception
Q2. Comment supporter l’évaluation et l’expression du problème sur la base de ces
modèles ?
Nous avons abordé en outre la question de la motivation de l’achat, qui marque la réussite de
la mise sur la marché de la solution conçue. Cette motivation ne se base pas que sur la
satisfaction du besoin, mais aussi sur des considérations économiques. Le concept de valeur
offre de répondre à cette dualité, son étude sera donc intégrée à notre seconde problématique.
33
Chapitre 1. Le processus de conception
34
Chapitre 2. Méthodologie de recherche
CHAPITRE 2. DÉMARCHE DE RECHERCHE
Dans ce chapitre nous disserterons sur la méthode de recherche que nous avons suivie lors de
ce travail de thèse. Cet aspect de notre travail a en effet occupé une grande part de nos efforts.
Par analogie avec le processus de conception, nous pourrions dire qu’il est du ressort de la
coordination des activités menées lors de notre processus de recherche. Nous avons constaté
que le schéma méthodologique suivi pour notre recherche, c’est à dire l’organisation des
activités réellement menées, s’est écarté de la planification de nos activités adoptée a priori.
Nous avons de même remarqué, toujours par analogie avec les processus de conception,
l’aspect itératif de ce phénomène, se renouvelant après chaque réécriture d’un planning
prévisionnel.
Alors que ce mémoire est la représentation de la solution adoptée et de la probélématique
traitée au terme de cette thèse, ce chapitre décrit le processus qui a conduit à cette solution.
Ce processus correspond à la résolution d’un problème de recherche qui vérifie toutes les
propriétés d’un problème de conception tel que nous l’avons présenté dans le premier
chapitre. Ce problème est en effet mal défini (le fait même d’écrire un sujet de thèse veut dire
que ce sujet est mal connu), ouvert (il est pour nous utopique de penser pouvoir recenser ou
même dénombrer, surtout a priori, l’ensemble des solutions possibles), relativement complexe
(au moins de par la complexité du sujet étudié). Le travail de recherche est en outre collectif,
et plus particulièrement selon nous par ses aspects évaluatifs. Bien que n’étant pas un
processus de conception de produits et de systèmes mécaniques, le travail mené lors de cette
thèse peut être mis en parallèle avec son sujet d’étude.
Ce mémoire explicite les problématiques que nous traitons et définit les solutions que nous
proposons au terme de plus de trois ans de travail. En ce sens il ne constitue pas une image du
35
Chapitre 2. Méthodologie de recherche
travail mené, mais de la situation objective à laquelle nous somme parvenus. En effet le
processus qui a conduit à ce mémoire vérifie ce que nous qualifierons de paradigme co-
évolutif : Notre problème, exprimé initialement comme la
«modélisation des contraintes et des critères de valeur »,
est explicité dans ce mémoire comme traitant d’une part de la modélisation du processus de
conception, d’autre part du support de ce processus. Ce constat nous permet d’illustrer la
teneur d’un modèle co-évolutif. En effet, alors que notre proposition a évolué tout au long des
ces années, la compréhension et l’expression du problème traité a évolué en parallèle. Nous
décrivons dans ce qui suit les différentes étapes de cette co-évolution.
1 Etude bibliographique des contraintes et critères de valeur.
Cette étude s’est organisée autour de deux axes principaux :
D’une part, l’étude du concept de valeur à travers de nombreux champs disciplinaires
allant de l’économie et des finances jusqu’à la philosophie, en passant par les
disciplines issues de l’analyse de la valeur, qui sont parfois associées dans la littérature
[MIC01] au terme Valorique.
D’autre part, l’étude, à travers les méthodes, outils et techniques de conception
existants, du domaine de l’évaluation en conception de produits et systèmes
mécaniques.
Ce travail nous a conduit à constater l’importance des aspects évaluatifs du processus de
conception. Ces aspects sont d’autant plus importants dans un contexte d’ingénierie
concourante. Il a aussi fait surgir la nécessité de prendre en considération des critères non
comparables, et la difficulté de cette tâche, ce qui nous a permis de faire émerger l’importance
de disposer de méthodes et d’outils pour mener à bien cette tâche. Nous avons de plus retenu
la philosophie de la définition de la valeur proposée dans la norme, mais étendu celle-ci afin
de répondre aux impératifs du contexte actuel.
2 Etude de la problématique de l’aide à la décision multicritère
Afin de tendre vers une mesure de la valeur des produits, nous avons vu qu’il était nécessaire
d’apprécier conjointement plusieurs critères non comparables (comme le sont, dans la
définition de la valeur issue de la norme [NF, EN], la réponse au besoin et la dépense
36
Chapitre 2. Méthodologie de recherche
afférente au produit). Cette notion d’appréciation conjointe de critères non comparables est le
fondement des modèles, méthodes et outils d’aide à la décision multicritère. Nous avons dans
ce sens effectué un travail ponctuel de recherche sur les méthodes d’aide à la décision
multicritère, afin de comparer l’utilisation potentielle des méthodes AHP et ELECTREIII pour
le choix de scénario de fin de vie de produits électriques et électroniques [LON02b]. Ce
travail, bien que traitant d’un sujet opérationnel, nous a permis d’étudier de façon théorique
ces deux méthodes. Il nous a notamment permis d’apprécier les qualités intrinsèques d’AHP
pour la formalisation des problèmes de décision multicritère.
3 Première proposition : un outil d’aide à la décision en
conception
Suite d’une part à l’étude bibliographique conduite sur la notion de valeur et la place de
l’évaluation en conception, et d’autre part au travail effectué relatif à la prise de décision
multicritère, nous avons construit un outil d’aide à la décision en conception.
Basé sur le formalisme hiérarchique d’AHP et sur les objets de l’analyse de la valeur, selon
une optique « valeur et cycle de vie ». Cet outil était destiné à assister les concepteurs en :
Mettant à leur disposition un formalisme d’expression de critères d’évaluation
rigoureux.
Offrir par ce formalisme une représentation commune de la conception, servant
d’objet de médiation lors des négociations entre différents acteurs du processus de
conception. Le même formalisme permet, une fois ces négociations abouties,
l’expression des objectifs par le biais d’une pondération hiérarchique suivant les règles
d’AHP.
Supporter la prise de décision en conception selon les critères exprimés.
La mise en application expérimentale de cet outil, sur un cas d’étude industriel, a permis de
faire apparaître ses limites. Il était en effet basé sur un modèle statique du processus de
conception, selon lequel :
L’étape de construction des critères précède la proposition de solutions.
L’évaluation à proprement parler s’appuie sur l’analyse comparative des solutions
proposées selon les critères exprimés.
Or l’utilisation de l’outil proposé nous a permis de constater :
37
Chapitre 2. Méthodologie de recherche
D’une part l’impossibilité de construire a priori l'ensemble des critères utilisés lors des
évaluations.
La réalisation d’évaluations dans un autre cadre que celui du choix comparatif. En
effet la proposition d’une solution seule pouvait donner suite à une évaluation de celle-
ci, et éventuellement à l’émergence de nouveaux critères.
Nous avons alors identifié la non-pertinence du modèle du processus de conception, basé sur
une planification hiérarchique, comme cause des limites constatées. Nous nous sommes
repenchés sur la littérature, afin d’identifier quelle autre approche permettrait de construire un
nouveau modèle, plus en accord avec les processus réels.
4 Étude bibliographique centrée sur la conception co-évolutive.
Ayant constaté la non-pertinence du premier outil proposé, nous avons cherché à expliquer la
non-adéquation avec les démarches de conception réelles. Ceci nous a conduit à prendre en
considération les travaux menés dans le domaine de la psychologie cognitive, qui révèlent une
mauvaise corrélation entre les cheminements décrits dans les modèles du processus de
conception et la démarche cognitive des concepteurs. Notre démarche a alors consisté à
trouver une alternative à la modélisation du processus de conception selon les modèles basés
sur une planification hiérarchique. Nous avons ainsi identifié puis étudié certains travaux
ayant trait à la modélisation co-évolutive du processus de conception. Cette modélisation co-
évolutive du processus de conception a alors été considérée comme susceptible de constituer
une base pour la construction d’un nouveau modèle du processus de conception.
5 Un nouveau modèle du processus de conception
Alors que la notion de phase constituait la base des modèles centrés sur une planification
hiérarchiques, elle n’est pas prise en compte par les modèles co-évolutifs. Ceux ci traitent
uniquement de l’évolution parallèle de domaines ou d’espaces. Nous avons alors proposé
notre interprétation de la modélisation co-évolutive du processus de conception, et validé sa
pertinence par une étude de corpus.
6 Du modèle à l’outil
La démarche suivie jusqu’ici nous a donc permis de proposer un modèle descriptif du
processus de conception. En plus de cet aspect descriptif, une recherche menée dans le
38
Chapitre 2. Méthodologie de recherche
domaine de la conception de produit se doit de considérer ce travail comme une base
permettant de tendre vers une amélioration de l’objet étudié. En ce sens nous avons étudié ce
que cette modélisation apportait au support du processus de conception, notamment en
adoptant une vision originale des concept de méthode et d’outil de conception, sur la base de
notre approche descriptive. Ceci nous a permis de finalement proposer un nouvel usage des
outils existants, et de valider la pertinence de cette proposition encore une fois par l’étude
d’un corpus.
7 Résumé
Nous pouvons résumer notre démarche de recherche à travers un schéma synthétique
explicitement co-évolutif.
Figure -2.1 La démarche de recherche suivie
39
Chapitre 2. Méthodologie de recherche
40
Partie 2.
PARTIE 2 : DÉCRIRE LE PROCESSUS DE CONCEPTION
Dans la deuxième partie, le chapitre 3 étudie la nature du processus de
conception et de sa représentation. Cette étude nous conduit à constater les limites des
approches séquentielles pour représenter toutes les caractéristiques des processus réels,
puis à proposer de décrire le processus de conception comme multidimensionnel. Un
état de l'art nous permettra alors d'identifier, dans les travaux existants, plusieurs modes
de représentations du processus qui décrivent autant de ses dimensions (Chapitre 4).
Nous retiendrons de cette étude les concepts de domaine et d'activité, que nous
associerons pour proposer, dans le chapitre 5, un modèle co-évolutif du processus de
conception. Une étude de protocole permet d'illustrer la capacité de ce modèle à
traduire un processus de conception existant, tenant compte notamment de sa dynamique
opportuniste.
Chapitre 3.La modélisation du processus de conception et de l’évaluation 43
1Les difficultés de la modélisation d’un processus de conception parallèle et intégrée 43
2La conception, un processus multidimensionnel 45
3L’évaluation et sa dynamique dans le processus de conception. 48
4Vers un modèle co-évolutif du processus de conception dans un cadre de coopération 53
Chapitre 4. Les modèles existants du processus de conception 55
1Les modèles basés sur la notion de phase 55
2Les approches basées sur la notion d’activité. 61
3Les modèles basés sur les domaines 67
4Que retenir des modèles existants du processus de conception 80
Chapitre 5.Un modèle co-évolutif du processus de conception 83
1Introduction 83
2Notre proposition de modèle co-évolutif 88
3Validation 94
4Les objets impliqués dans la mise en oeuvre des activités 106
5Conclusion 112
Si ton expérience contredit ma parole, crois ton expérience.
Tenzin Gatsyo, quatorzième Dalaï Lama.
Traduction de M. Ricard.
41
Partie 2.
42
Chapitre 3. La modélisation du processus de conception et de l'évaluation
CHAPITRE 3. LA MODÉLISATION DU PROCESSUS DE CONCEPTION ET DE
L’ÉVALUATION
1 Les difficultés de la modélisation d’un processus de
conception parallèle et intégrée
Nous avons fait état, dans le premier chapitre de ce mémoire, d’une part des caractéristiques
des problèmes de conception, d’autre part de l’évolution des organisations industrielles cadres
des processus de conception, et subséquemment des modèles décrivant ces processus. Cette
introduction nous a permis de constater la non pertinence du modèle séquentiel classique
[PAH96] pour décrire à la fois les caractéristiques des problèmes de conception et la
dynamique des processus réels. Cette difficulté vient en partie du modèle adopté pour décrire
le processus de conception. Alors que les modèles séquentiels décrivent le processus de
conception comme une succession de phases, le modèle simultané le décrit comme une
réalisation parallèle de ces phases. Chacune des phases peut être vue comme une résolution de
problème (Fig. 3.1).
43
Chapitre 3. La modélisation du processus de conception et de l'évaluation
Figure -3.1 Phases et résolutions de problème dans les modèles séquentiels (en haut) et simultanés
(en bas).
Il est possible de décrire les interactions formelles, par l’illustration de la communication
prescriptive entre phases, dans le cas du modèle séquentiel, et par l’adjonction à ce schéma
d’étapes de communication, correspondant par exemple à des revues de projets, dans le cas
des modèles simultanés. Or, il est difficile de décrire les interactions informelles dans un
schéma tel que celui de la Figure 3.1, comme nous l’illustrons dans la figure 3.2. Nous
n’avons pas représenté les interactions à l’intérieur d’une phase.
Figure -3.2 La communication entre phases dans les modèles séquentiels et simultanés
La représentation choisie dans la figure précédente questionne en elle-même la difficulté
d’offrir un modèle du processus de conception. En effet, dans un contexte séquentiel, la
modélisation classique, basée sur un amalgame intrinsèque de l’axe temporel, de l’axe des
44
Chapitre 3. La modélisation du processus de conception et de l'évaluation
phases, de l’axe des métiers associés aux phases et de l’axe de la résolution des problèmes
associés aux phases permettait au modèle [PAH96] de représenter de façon homogène le
processus de conception. Dans un contexte concourant, la mise en parallèle de ce qui étaient
des phases dans les modèles séquentiels est un mode de représentation faussé. En effet, ce
sont les tâches précédemment assimilées aux phases qui sont mises en parallèle. La notion de
phase n’est pertinente que pour désigner une portion préalablement définie de l’axe temporel
(par exemple le laps de temps qui sépare deux revues de projets dans la figure 3.2).
2 La conception, un processus multidimensionnel
Nous avons évoqué en outre qu’un problème de conception était ouvert et mal défini. Nous
nous proposons donc de réfuter de plus l’hypothèse de l’amalgame entre l’axe temporel (et
donc des phases) et l’axe de la résolution de problème.
En ce sens nous rejoignons les conclusions de Schön [SCH83] et Visser [VIS02] qui donnent
au problème et à sa construction une importance capitale. De ce fait, le processus de
conception, qui correspond d’un point de vue macroscopique au passage d’une situation
problématique à une situation objective et donc à une résolution de problème, implique d’un
point de vue plus fin la mise en oeuvre alternative d’activités de problem solving et de
problem setting/framing. Nidamarthi [NID97] arrive à la même conclusion à partir d’une
étude descriptive des activités menées indépendamment par deux concepteurs travaillant
seuls, face à un problème donné identique. Il distingue les activités ayant trait à la résolution
du problème de celles traitant de la définition du problème, et remarque ainsi que ces
dernières sont menée tout au long du processus de conception, et donc ne sont pas
naturellement préliminaires aux autres activités de conception.
La représentation du problème évolue alors tout au long du processus de conception. Il
convient donc de distinguer outre les deux dimensions du temps (ou des phases) et des tâches
associées à ces phases, la dimension distinguant l’expression du problème de la définition des
solutions. De plus, nous pouvons assimiler aux tâches les différents métiers auxquels elles
sont associés. Ce choix nous conduit à représenter le processus de conception dans un espace
à trois dimensions (Fig. 3.3).
45
Chapitre 3. La modélisation du processus de conception et de l'évaluation
Dimension métiers
Temps
Dimension
problème/solution
Métier
n
Métier
2
Métier
1
Problème du
Métier 1
Sol
u
t
i
o
n du
Métier 1
Figure -3.3 Les dimensions parcourues par le processus de conception.
Cette nouvelle représentation nous conduit alors à nous interroger sur les différents points de
vue possibles sur le processus.
Il est en effet possible de décrire ce processus selon divers modes de représentation [PER99].
Alors que le modèle séquentiel classique le décrivait comme une suite de phases, c’est à dire
un découpage préétabli de l’axe du temps (axe par rapport auquel d’autres dimensions étaient
implicitement considérées parallèles), nous avons vu apparaître du fait de l’évolution des
organisation industrielles un découpage du processus en métiers exerçant simultanément, ainsi
qu’un découpage en problèmes et solutions découplés du découpage temporel.
L’ergonomie cognitive nous fait part d’un autre découpage possible du processus de
conception. Ainsi Françoise Darses, en s’intéressant aux aspects cognitifs relatifs aux
situations d’ingénierie concourante, identifie trois axes nécessaires pour définir l’espace de
conception [DAR97]. Alors que l’aspect temporel est supporté par l’axe « conduite du
projet », ou « phasage », un axe des points de vue décrit le niveau d’abstraction sous lequel est
vu l’objet conçu et un axe de détail correspond au raffinement de la solution. L’auteur met en
opposition le modèle classique du processus de conception (que nous avions qualifié de
séquentiel) et un modèle d’intégration des points de vue. Alors que dans le premier cas les
trois axes sont confondus, Darses, dans le modèle d’intégration des points de vue, distingue
les axes de phasage et de raffinement de l’axe des point de vue (Fig. 3.4).
46
Chapitre 3. La modélisation du processus de conception et de l'évaluation
Figure -3.4 Modèles classique (en haut), et d'intégration des points de vue (en bas), tiré de
[DAR97]
Là ou le modèle classique, par l’assimilation des ces trois axes, prescrivait une nécessaire
précédence des points de vue (de l’abstrait vers le concret), le modèle de Darses explicite la
simultanéité des points de vue. Les concepteurs opèrent ainsi
en mêlant spontanément les points de vue sur l’objet, en entremêlant les différents
niveaux d’abstraction.
Le schéma proposé par Darses nous permet de considérer, par le découpage qui est proposé le
long de l’axe des points de vue, l’existence simultanée de trois domaines de spécifications,
distincts par leur niveau d’abstraction. Cette considération nous montre la possibilité de
47
Solution 1
Étude de
faisabilité
Etude
fonctionnelle
Spécifications
fonctionnelles
Solution 2
Spécification
technique du
besoin
Spécifications
structurelles
Solution N
Développement
Fabrication
Spécifications
physiques
Transformation des points de vue : abstrait concret
Raffinement de la solution : détail
Conduite de projet : phasage
Transformation des points de vue : abstrait concret
Raffinement de la solution : détail
Conduite de projet : phasage
Solution 1
Spécifications
fonctionnelles
Spécifications
structurelles
Spécifications
physiques
Solution 2
Spécifications
fonctionnelles
Spécifications
structurelles
Spécifications
physiques
Solution N
Spécifications
fonctionnelles
Spécifications
structurelles
Spécifications
physiques
Chapitre 3. La modélisation du processus de conception et de l'évaluation
décrire le processus de conception par les domaines qui composent une dimension non
parallèle à celle du temps.
Nous pouvons donc considérer que le processus de conception décrit un espace défini par au
moins quatre dimensions. En effet, à la dimension temporelle s’ajoute au moins celle des
métiers, ou des acteurs du processus, celle du point de vue qu’ont ces acteurs sur l’objet en
cours de conception, et enfin celle qui distingue d’une part le problème de conception et de
l’autre la solution. Nous avons identifié les notions de domaine, apte à décrire le découpage
d’un axe non temporel, ainsi que de phase, apte à décrire le découpage (a priori) de l’axe
temporel, comme base de la modélisation du processus de conception. Nous passerons en
revue dans le les travaux existants afin d’identifier, outre ces notions, celles proposées dans la
littérature pour décrire l’ensemble des dimensions traversées par le processus de conception.
3 L’évaluation et sa dynamique dans le processus de
conception.
L’évaluation, activité analytique, consiste à donner une valeur4, une appréciation, un jugement
ou une importance à un objet. Dans le contexte de la conception, l’évaluation est l’action
d’apprécier l’adéquation entre les solutions proposées et le problème auquel elles sont censées
répondre. Ce processus constitue donc un lien entre le domaine des solutions et le domaine du
problème.
L’évaluation peut aussi être comparative, et concerner le jugement d’une solution proposée
par rapport à une autre. Néanmoins ce jugement se fait là encore selon l’adéquation des
solutions avec le problème représenté.
Jones [JON63] constate à propos de l’évaluation dans ce contexte :
the traditional method of evaluation of engineering designs is by judgement, and
by reference to the experience of engineers and draughtsmen, while the design is
on the drawing board.
Apparaît ici la notion de référence, fondamentale à notre sens dans l’étude de l’évaluation.
Bonnardel [BON92] défini le processus5 d’évaluation comme dual, car il intègre deux
traitements :
La caractérisation de l’objet à évaluer, qui aboutit à la construction d’une
représentation de cet objet.
4 Valeur a ici son sens générique, différent de celui donné dans les chapitres suivants.
5 Au sens cognitif.
48
Chapitre 3. La modélisation du processus de conception et de l'évaluation
La comparaison de la représentation de l’objet à évaluer avec des référents évaluatifs,
qui aboutit à un jugement de satisfaction (ou de non-satisfaction).
L’évaluation constitue donc un lien entre la représentation de la solution et la représentation
du problème. Elle se fait en mobilisant aux moins deux éléments, que nous allons traiter
maintenant.
3.1 La notion de référent évaluatif
Dans [POV98], les auteurs définissent la notion de référence de l’évaluation comme :
La représentation mentale et personnelle d’un optimum du produit à concevoir.
Cette notion a trait dans [POV98] à la connotation (positive ou négative) que les différents
acteurs donnent aux critères qu’ils mobilisent. La notion de critère sera étudiée plus en détail
dans le paragraphe suivant. La référence de l’évaluation est donc ce qui va, en fonction de ce
que l’acteur de la conception se représente comme un idéal, impliquer la direction de son
jugement.
Dans [BLA98], les auteurs introduisent la notion de registre de référence, par analogie avec
les échelles architecturologiques6. Un registre de référence désigne l’ensemble des
préférences et des échelles d’appréciation absolues d’un acteur selon une dimension, on parle
par exemple de registre économique. Ces registres participent ainsi à la représentation du
problème qu’ont les acteurs de la conception. Dans un contexte de conception, c’est
l’activation de ces registres confrontés avec les solutions proposées qui fait naître l’évaluation.
Dans la suite de ce mémoire, et pour le contexte de notre étude, nous assimilerons les notions
de référence de l’évaluation et de registre de référence à celui de référent évaluatif.
La notion de référent évaluatif décrit ainsi, entre autres, la part de subjectif et de personnel qui
existe dans l’évaluation. Si ce phénomène est évident en ce qui concerne par exemple
l’évaluation d’une oeuvre artistique, il l’est moins dans le contexte de la conception de
produits et de systèmes mécaniques. Pourtant le jugement de chaque acteur du processus de
conception dépend, en plus de déductions rationnelles basées sur les sciences de l’ingénieur,
de son intuition, de son passé culturel ou de sa connaissance personnelle du contexte humain
par exemple.
6 Boudon P., Desahyes P., Pousin F. et Schatz F., Enseigner la conception architecturale, cours
d’architecturologie, éditions de la Vilette, 1994 cité dans {BLA98].
49
Chapitre 3. La modélisation du processus de conception et de l'évaluation
3.2 La notion de critère
(Du grec Kriterion, de Krinein, juger). Caractère, principe qui permet de
distinguer une chose d’une autre, d’émettre un jugement, une estimation7.
La notion de critère, telle que définie dans le langage courant, est donc le moteur du jugement.
Dans un contexte de conception, ce sens s’enrichit de nouvelles propriétés. Comme nous
l’avons vu dans le paragraphe précédent, pour [POV98], le critère est connoté (positivement
ou négativement) par la comparaison à la référence de l’évaluation. Le critère est ainsi
considéré comme
[…une entité qui n’est pas objective, mais qui dépend de l’acteur qui le mobilise.]
Ces travaux ([POV98], [BRI03a]) traitent de l'enregistrement de la logique de conception.
Selon cette approche, le critère est un élément mobilisé pour évaluer partiellement une
conjecture, c’est à dire une proposition de solution, l’hypothèse qu’une solution considérée est
à même de résoudre le problème. Il apparaît pour la renforcer (connotation positive) ou pour
l’affaiblir (connotation négative), selon que cette conjecture est, d’après le jugement de
l’acteur qui mobilise le critère, meilleure ou moins bonne que celle (imaginaire) qui
correspond à sa référence d’évaluation.
Selon l’approche présentée dans [BLA98], les critères de conception
Ne sont pas préexistants à la conception, ils sont construits et négociés en même
temps que les caractéristiques du produit. En ce sens ils participent à la
recomposition du problème de conception. […ils sont] une prise sur l’objet à
concevoir permettant à un acteur du processus de conception d’évaluer une
solution.
Cette définition, qui place le critère à l’interface du problème et de la solution, est illustrée
dans la figure 3.5.
7 Petit Larousse Illustré, Larousse, Paris, 1994.
50
Chapitre 3. La modélisation du processus de conception et de l'évaluation
Figure -3.5 Les critères de conception, liens entre problèmes et solutions [BLA98].
De même que pour le référent évaluatif, nous assimilerons, pour le contexte d’étude, les
notions de critère [POV98] et de critère de conception [BLA98] à celle de critère
d’évaluation. Le critère d’évaluation est alors l’objet qui permet de lier comparativement la
solution au référent évaluatif. De plus, il participe à la recomposition du problème de
conception [ibid.], et en ce sens, dans la dynamique d’un processus de conception, participe à
l’évolution de l’expression du problème.
3.3 Un contexte de conception intégrée
Les concepts de référent évaluatif et de critère que nous venons d’introduire constituent un
modèle de l’activité d’évaluation, considérée comme activité individuelle.
Ce travail de thèse s’intéresse à la modélisation et au support du processus de conception,
dans un contexte d’ingénierie concourante. Nous avons en ce sens défini le processus de
conception comme collectif, impliquant la coopération des acteurs. Cette coopération passe
nécessairement par une mise en commun et une convergence dans les buts des différents
acteurs du processus de conception [BOU02]. Nous nous concentrons particulièrement, dans
le cadre de ce travail, sur ces aspect coopératifs de mise en commun. En ce sens nous ne
chercherons pas à modéliser ni les référents évaluatifs ni les critères réels, c’est à dire ceux
propres à chaque acteur, mais l’expression de leur mise en commun dans un cadre
collaboratif.
51
Chapitre 3. La modélisation du processus de conception et de l'évaluation
Néanmoins nous nous appuyons sur ces deux concepts pour définir l’objet de notre travail de
modélisation. En effet, la distinction offert par ces concepts entre « référence » et « vecteur »
de l’évaluation reste pertinente et valide dans un cadre coopératif.
Nous nous servirons donc de cette distinction comme base à une nouvelle définition, que nous
conserverons pour la suite de ce travail, de ce que nous assimilons au référent évaluatif et aux
critères d’évaluation.
Dans un contexte coopératif, nous tenterons de modéliser les objets de l’évaluation qui sont
mis en commun. Nous discernerons donc le référent évaluatif coopératif, constitué d’une
expression commune et partagée du problème de conception, et les critères d’évaluation
coopératifs, qui sont les vecteurs de la mise en commun des évaluations effectuées par les
différents acteurs.
3.4 La dynamique du processus de conception et l’évaluation
Dans une organisation industrielle basée sur un modèle séquentiel, la dynamique du processus
de conception est prescrite par le modèle même (car celui ci est construit « sur » l’axe du
temps), et se doit théoriquement de correspondre à la séquence de phases proposées, c’est à
dire la planification proposée par le modèle. Les processus réels, nous l’avons vu, s’écartent
de cette dynamique idéale du fait des réitérations qui surviennent lors de leur déroulement.
Alors que selon un schéma idéal, le modèle associe la mise en œuvre d’activités d’évaluation
à une planification hiérarchique [VIS87] (par exemple les évaluations qui résultent en le choix
d’un concept à la fin de la phase de conceptual design), ce sont ces mêmes évaluations qui
révèlent aux acteurs de la conception la nécessité d’une réitération (cf. ch.1).
Dans un contexte d’ingénierie concourante, nous avons mis en évidence la non pertinence de
la notion de phase pour la modélisation du processus de conception. Se pose alors la question
de la représentation de sa dynamique. De même que les évaluations « initient » les itérations
dans un schéma séquentiel, celles-ci ont une importance cruciale dans le contrôle du processus
de conception. En effet, les acteurs coopèrent à atteindre un objectif commun. Or cet objectif
n’étant pas connu a priori (problème mal défini et ouvert), il ne peut servir seul de guide pour
la coopération. Nous considérons alors que l’évaluation, c’est à dire la « mesure » de
l’adéquation des solutions avec le problème exprimé, peut servir de guide à la coopération.
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Chapitre 3. La modélisation du processus de conception et de l'évaluation
4 Vers un modèle co-évolutif du processus de conception dans
un cadre de coopération
Nous avons dans ce chapitre mis en évidence les difficultés de la modélisation des processus
de conception. Cette conception est en effet aujourd’hui parallèle et intégrée, impliquant la
coopération de plusieurs acteurs. Nous avons notamment expliqué la relative non-adéquation
des modèles séquentiels avec les processus réels de conception à la fois par les
caractéristiques des problèmes de conception [SIM81] et par l’aspect intrinsèquement
multidimensionnel du processus de conception. Nous nous