Conception des Systèmes

© 2014 IUP-GSI
Conception des Systèmes
Les Outils dans la Démarche de Conception
P. CHANTELOT
M1-GSI

M1 GSI
Octobre 2015 © Copyright 2015 IUP-GSI 2
OBJECTIFS
• Établir un plan d’action de Conception
• Mettre en œuvre une démarche de Conception
• Connaître et Utiliser les outils et méthodes de
Conception

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Sommaire
1. Contexte
2. Problématique
3. Objectif
4. Descriptif des livrables
5. Plan d’Actions
6. Outils mis en œuvre
7. Conclusion

M1 GSI
4
L’humain d’abord….
La technique ne résout pas les problèmes des gens à leur
place, mais ce sont les gens qui résorbent les problèmes
en y intégrant des techniques, également du relationnel,
du social, bref de
l’humanité!

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Le cycle de l’innovation

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Typologie d’innovation
 Innovation de rupture
 Modifie de façon essentielle les habitudes de consommation et résulte de découvertes
techniques majeures
 Nouveauté incontestable (ex : nylon, latex)
 Nouveauté fondamentale d’un produit (ex : écran standard  LCD)
 Innovation incrémentale
 Modification importante d’un produit sans remplacer l’ancien
(ex : Gilette  Sensor  Excel)
 Innovation mineure
 Changement porté sur des caractéristiques non essentielles du produit (style,
emballage)
 Innovation architecturale
 Modification de l’ordre d’intégration des composants dans un produit
 Innovation modulaire
 Modification de l’un des concepts clé d’au moins un des sous-systèmes du produit sans
changer la manière dont ces sous-systèmes sont connectés
 Passage à la TNT qui a nécessité de changer l’un paradigme technologique (passage
de l’analogique au numérique), Aucune modification sur la télévision et l’organisation
des composants entre eux

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Sur le plan des connaissances
 Innovation de rupture
 Connaissances deviennent obsolètes et doivent être reconstruites
 Innovation incrémentale
 Connaissances sur les composants et l’architecture renforcées
 Innovation architecturale
 Connaissance sur l’architecture détruite alors que la connaissance sur les composants
restent inchangée
 "Architectural innovation and modular corporate forms" parue en 2001 dans le Academy
of Management Journal (vol.44, n°6, pages 1229 à 1249)
 Innovation modulaire
 C’est la connaissance sur les composants qui est renouvelée lorsque la connaissance
sur l’architecture est inchangée

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Processus de développement d’un projet innovant
ANVAR Agence Nationale de VAlorisation de la Recherche

M1 GSI
Où la conception en projet?

M1 GSI
Processus de Conception
Évaluer
l’opportunité
d’un projet
Martin, 2001
L’activité de résolution de problème au coeur du processus
de conception
Formaliser
le concept
Analyser le
marché
Spécifier le
produit
Définir le
produit
Valider et
fabriquer le
produit

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Processus de développement des
produits (PTC)

M1 GSI
La réflexion avant l’action
«Si j’avais une heure pour résoudre un problème dont ma
vie dépende, je passerais 40 minutes à l’analyser, 15
minutes pour en faire la revue critique et 5 minutes pour le
résoudre»
Albert Einstein (1879 – 1955)

M1 GSI
Conception ou développement?
« La conception c’est la recherche des concepts qui
permettent d’atteindre les prestations que l’on souhaite
offrir à ses clients.
Le développement, c’est la définition de détails du produit,
à partir des concepts, sans les remettre en cause tout en
respectant l’enveloppe du projet »
Didier COFFY
Directeur du pôle innovation du groupe Ségula Technologies

M1 GSI
Sommaire
1. Contexte
2. Problématique
3. Objectif
5. Plan d’Actions
7. Conclusion

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Planning avec jalons et phases
COPIL: Lettre de cadrage avec livrables
Étudiants de M1-GSI
1. La Problématique

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 Le client
 Il présente une idée de produit/process
 Il fournit les informations nécessaires à la conception
 Le Fournisseur
 Il faut pouvoir fournir un produit bien fini, ainsi qu’un moyen de le
produire
 Le Service Conception
 Trouver le « Comment »
2. La Problématique
Rôle de la Conception:

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2.Les étapes de la conception:
Finalités et E/S
Identification du
besoin
Conception
préliminaire
Développement
Industrialisation
Validation
Pourquoi?
Quoi?
Combien?
Avec quoi?
Comment?
 Identification du besoin
 Innovation produit ou amélioration de produit?
 Planification de la conception et du développement: logigramme
 Interfaces organisationnelles et techniques
 Données d’entrées = cahiers des charges fonctionnel (besoins, exigences
légales et réglementaires)
 Création de la maquette et du prototype
 Matières premières
 Moyens techniques
 Contraintes HACCP (Hazard Analysis Critical Control Point) système
d'analyse des dangers - points critiques pour leur maîtrise
Essais industriels en vue de
 Dossier de fabrication
 Qualification des postes et matériels
 Spécifications du produit
 Analyse des coûts
 Données de sorties: résultats obtenus (étude de faisabilités industrielles,
analyse des risques et CCP Critical Control Point )
 Revue de conception
 Validation de conformité/SPEC
 Écarts
 Solutions
 Vérification des preuves documentaires

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2.Modèles associés à la
Conception/Amélioration
Modèles
fonctionnels ou
de
fonctionnement
Modèles de
comportement
Modèles de
représentation
du réel
Modèles
technico-
économiques
Conception
ou
amélioration
de produit
 Associent fonctions de services et fonctions techniques
 Décrivent solutions retenues en réponses à des fonctions
techniques
 Associent une représentation à une
réalité construite
 Analysent le comportement des systèmes étudiés et
dimensionnent les composants
 Associent en optimisant les coûts, des
solutions à des fonctions techniques
Technologies et Formation, 2005

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Optimisation
du
concept
2.Modèle hiérarchique du processus
de conception 1/2
Problème
Spécifications
Concepts
Pahl and Beitz, 1996
 Clarifier le problème
 Élaborer les spécifications
Clarification du problème
 Identifier les problèmes essentiels
 Établir les structures fonctionnelles
 Rechercher les principes de solutions
 Combiner et statuer dans les variantes de concepts
 Évaluer par rapport aux critères techniques et économiques
Conception du concept
 Développer les 1ères ébauches et les formes des concepts
 Sélectionner les meilleurs concepts préliminaires
 Réaffiner et évaluer par rapport aux critères techniques et
économiques
Améliorer
et
développer Matérialisation du concept
Informations:
adapter
les
spécifications

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Optimisation
du
plan
et
des
formes
2.Modèle hiérarchique du processus
de conception 2/2
1ères ébauches
Documentation
Pahl and Beitz, 1996
 Optimiser et compléter les formes des concepts
 Vérifier les erreurs et l’efficiences des coûts
 Préparer une liste préparatoires des composants et des
documents de production
 Finaliser les détails
 Compléter les dessins des détails et des documents de production
 Vérifier les documents
Améliorer
et
développer
Plans définitifs
Matérialisation
du concept
Conception détaillée
Informations:
adapter
les
spécifications

M1 GSI
Sommaire
1. Contexte
2. Problématique
3. Objectif
5. Plan d’Actions
7. Conclusion

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PLAN: DÉTERMINER les solutions techniques permettant de
satisfaire les besoins du client
Traduction en terme de livrables
 Données d’entrée: expression du client
 Lettre de cadrage
 Données de sortie : livrables du fournisseur
 Jalon 1 : AVP : CdCF – Specifications Techniques du Besoin -
Dossier de Faisabilité – Schéma Technologique
 Jalon 2 : Solutions Techniques
 Jalon 3 : Dessins d’ensemble du produit - Définition
3. Objectif - PDCA

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DO: Réaliser les livrables
Choisir les outils et les méthodes
 Méthode projet
 Ingénierie simultanée
 ..
 Analyse fonctionnelle
 APTE, AV,…
 Cotation fonctionnelle
 Chaînes de cotes, ajustements…
 TAFT, CLIC, graphe des contacts…
 Maquette numérique
 Surfacique, volumique, paramétrages, …
3. Objectif - PDCA

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CHECK: Vérifier la tenue aux SPEC
Contrôler son travail
 Suivi des SPEC aux travers des services
 Fiche de suivi
 Logiciels (DOORS chez VALEO,)…
 …
 Validation des composants techniques
 APTE, AV,…
 Validation du produit
 Cinématique, Dynamique …
 Structure
 Montabilité…
3. Objectif - PDCA

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Act: Péréniser dans le temps
Capitalisation des savoirs
 Fiches métiers conception
 Paramétrage fonctionnel
 Fiche de guidance pièce
 Quantification des ressources
 Humaines
 Financières
 RETEX
 …
3. Objectif - PDCA

M1 GSI
Sommaire
1. Contexte
2. Problématique
3. Objectif
5. Plan d’Actions
7. Conclusion

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4. Descriptif des livrables – Phase I - CdCF

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Besoin: Définitions (NF X 50-150) : besoin, produit
Un besoin est une nécessité ou un désir éprouvé par un
utilisateur.
 Le besoin ainsi défini concerne la nature des attentes de
l’utilisateur et non le volume du marché.
 Par l’utilisateur, on entend un individu, une collectivité, une
entreprise, une administration, un service d’une entreprise ou
d’une administration.
 Un besoin peut être exprimé, latent ou potentiel. Dans tous les
cas, il constitue le besoin à satisfaire

M1 GSI
Produit À quel besoin de
base répond-il?
Sur qui agit-il?
Sur quoi agit-il?
À qui sert-il?
À quoi sert-il?
Comment le
fabrique-t-on?

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Définition du Cahier des Charges Fonctionnel
 Document Contractuel
 Rédaction d’un CdCF à partir d’une lettre de cadrage
 NF X 50-150
 Fonctionnel = Boîte noire
 Préparer et suivre le développement d’un produit
 Référence et base de négociation en cas de litige, conflit ou
modification des spécifications techniques
 Définir, préciser, délimiter
 Les responsabilités des partenaires
 Les services attendus, les conditions d’utilisation, les
performances, les coûts, les délais de livraison, les variantes
possibles de prix, les options, les clauses éventuelles,… pour le
produit

M1 GSI
CdCF rythme le Cycle de vie du produit

M1 GSI
 Externe
 Phases de vie du produit/process
 Les fonctions que doit réaliser le produit/process à concevoir
 Les relations entre le produit/process à concevoir et les « milieux
extérieurs »
 Caractérisation, ordonnancement, hiérarchisation et valorisation de
ces fonctions
 L'analyse fonctionnelle externe, décrit le point de vue de l'utilisateur
et ne s'intéresse au produit qu'en tant que "boite noire" capable de
fournir des services dans son environnement durant son cycle
d'utilisation.
 Il précède l’étude technique
Le CdCF est construit à partir d’un analyse fonctionnelle :

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 Interne
 Définir l’ensemble des fonctions techniques des différents
composants du produit/process, permettant de remplir les fonctions
de service attendues par le client
 Fonction globale (fonction de service)
 Décomposition fonctionnelle interne (fonctions techniques)
 Solutions techniques
Le CdCF conduit à une analyse fonctionnelle :

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 Présentation générale du problème
 Énoncé fonctionnel des besoins qui sert de base
pour la conception les solutions
 Variantes, éventuellement
 Cadre de réponse pour simplifier la rédaction
Le CdCF se compose de 4 parties

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Descriptif du CdCF
 Partie 1 : Présentation générale du problème
 1. Projet
 1.1.1 Finalités
 1.1.2 Espérance de retour sur investissement
 1.2 Contexte
 1.2.1 Situation du projet par rapport aux autres projets de l’entreprise
 1.2.2 Études déjà effectuées
 1.2.3 Études menées sur des sujets voisins
 1.2.4 Suites prévues
 1.2.5 Nature des prestations demandées
 1.2.6 Parties concernées par le déroulement du projet et ses résultats (demandeurs,
utilisateurs)
 1.2.7 Caractère confidentiel s'il y a lieu
 1.3 Énoncé du besoin
 Outils bête à corne (APTE)
 1.4 Environnement du produit recherché
 1.4.1 Listes exhaustives des éléments (personnes, équipements, matières…) et contraintes
(environnement)
 1.4.2 Caractéristiques pour chaque élément de l’environnement

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Descriptif du CdCF
 Partie 1 : Présentation générale (ex SNECMA)
 Limite de l’étude et contexte
 Objet du cahier des charges
 But du cahier des charges
 Confidentialité
 Cadre de la consultation
 Documents techniques applicables (aux derniers indices en vigueur)
 Prestations à la charge du Fournisseur
 Prestations à la charge de Client
 Contraintes Client
 Contraintes Spécifiques du fournisseur
 Garantie

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Descriptif du CdCF
 Partie 2 : Expression fonctionnelle du besoin
 2.1 Fonctions de service et de contrainte
 2.1.1 Fonctions de service principales (qui sont la raison d’être du produit)
 2.1.2 Fonctions de service complémentaires (qui améliorent, facilitent ou complètent le
service rendu)
 2.1.3 Contraintes (limitations à la liberté du concepteur-réalisateur)
 2.2 Critères d’appréciation (en soulignant ceux qui sont déterminants
pour l’évaluation des réponses)
 2.3 Niveaux des critères d’appréciation et ce qui les caractérise
 2.3.1 Niveaux dont l’obtention est imposée
 2.3.2 Niveaux souhaités mais révisables

M1 GSI
Descriptif du CdCF
 Partie 3 : Cadre de réponse
 3.1 Pour chaque fonction
 3.1.1 Solution proposée
 3.1.2 Niveau atteint pour chaque critère d’appréciation de cette fonction et modalités
de contrôle
 3.1.3 Part du prix attribué à chaque fonction
 Matrice d’aide à la décision
 3.2 Pour l’ensemble du produit
 3.2.1 Prix de la réalisation de la version de base
 3.2.2 Options et variantes proposées non retenues au cahier des charges
 3.2.3 Mesures prises pour respecter les contraintes et leurs conséquences
économiques
 3.2.4 Outils d’installation, de maintenance … à prévoir
 3.2.5 Décomposition en modules, sous-ensembles
 3.2.6 Prévisions de fiabilité
 3.2.7 Perspectives d’évolution technologique

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Les fonctions

M1 GSI
Exemple: système de renseignement et d’attribution de
billet SNCF
 Déﬁnition de l’environnement
 Établissement de liens
 Expression des fonctions/contraintes

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billet SNCF – Diagramme Fonctionnel

M1 GSI
billet SNCF – Expression des fonctions/contraintes

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billet SNCF – Représentation de l’arbre fonctionnel

M1 GSI
billet SNCF – CdCF

M1 GSI
10% exprimés, …en général sous
forme de solutions
90% implicites, …très souvent la
base du jugement final du client !!!
Les normes
« La qualité d’un produit ou d’un service est son aptitude à
satisfaire les besoins des utilisateurs » (Norme NF X50-109)
Besoin = « nécessité ou désir éprouvé par un utilisateur » (Norme
NF X50-150)
Nécessité d’exprimer le « juste besoin » de l’utilisateur (ni plus, ni
moins), en tenant compte d’une difficulté majeure :

M1 GSI
4. Descriptif des livrables – Phase I - Faisabilité
Dossier de faisabilité
 Risque Économique
 Retour sur investissement
 Délai
 Bilan prévisionnel
 Organisationnelle
 Estimation des moyens humains
 Compétences
 Sous-traitance
 Estimation des moyens matériels
 Parc Machine…
 Commerciale
 Taux de charge
 Technique
 Architectures de solutions
 Principes de solutions
 Outils d’aide à la décision: critères pondérés en lien avec le CdCF
 Go/No Go du Client - COPIL

M1 GSI
Spécifications Techniques du Besoin STB
Une spécification est un ensemble explicite d'exigences à satisfaire par un matériau, produit ou
service. Si un matériau, produit ou service ne parviennent pas à satisfaire à une ou plusieurs des
spécifications applicables, il peut être désigné comme étant hors spécification.
 Partie 1: Présentation générale du produit
 Le produit et con concept
 Profil de vie
 Exigences principes
 Fonctions
 Chaînes fonctionnelle
 Description fonctionnelle
 Constituants principaux
 Partie 2: Exigences
 Exigences et contraintes techniques
 Exigences opérationnelles
 Exigences d’interfaces
 Exigences relatives aux conditions d’acceptation du produit
 Partie 3: Contraintes
 Exigences d’études et de solutions imposées
 Exigences d’environnement
4. Descriptif des livrables – Phase I - STB

M1 GSI
Spécifications Techniques du Besoin STB
 Traduction du besoin d’un demandeur en termes d’exigences et
contraintes techniques (spécifications)
 Document approuvé par le demandeur
 Écrite conjointement par le demandeur et le concepteur/réalisateur et plus
rarement par le demandeur seul
 Permettre la définition sans ambiguïté du produit par la Conception.
(Dossier de Définition (DD))
 Cahier des Charges Fonctionnel  STB
 Étude de faisabilité  STB préliminaire
 Figée et approuvée avant le début de la phase de réalisation

M1 GSI
•Classification des FS
•Services
•Fonctions
•Métiers
•…
Suivi des impacts FS/Services:
CONC, PROD, DIM, MAT, SI
Hiérachisation des fonctions
Poids FS/Service
Rapport « quoi »/« qui »
Répartition
ressources
FS % Pondération

M1 GSI
•Classification des STB
•Services
•Fonctions
•Métiers
•…
Suivi des impacts SPEC/Services:
Suivis des Impacts Fonctionnels
Poids SPEC/FT
Rapport « quoi »/« comment »
BESOIN
SPEC % Impact

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•Classification des STB
•Services
•Fonctions
•Métiers
•…
Suivi des impacts SPEC/Services:
•Répartition des ressources
•Financières (Heures)
•Humaines
Suivis des Impacts Financiers •SPEC
•5M Matériel Méthodes Main
d’œuvre Milieu Matériel
•PROD: production…
•MAT: matière…
•DIM: calculs…
•CONC…
•SI:…
•Composants techniques
•….
PRIX/Service/FT
SPEC % Impact
Poids SPEC/FT
Rapport « quoi »/« combien »

M1 GSI
Rechercher des Solutions Techniques
 Recherche des principes techniques de solutions
 TRIZ
 Brainstorming
 …
 Description des Architectures de Solutions
 Schémas d’architectures
 Shémas cinématiques
 Schémas technologiques
 SADT
 Recherche de Solutions Techniques/Fonctions de Service
 FAST
 Pré-choix de Composants techniques
4. Descriptif des livrables – Phase I - ST

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Conception Détaillée du produit et de son Processus de
Production
 Nomenclature
 AVP de Conception: plan d’ensemble
 Maquette CAO
 AVP de Fabrication: APEF
 Prototypage
4. Descriptif des livrables – Phase II -
Conception

M1 GSI
Définir la solution choisie par le client:
Le dossier de définition (DD)
Le but de la cotation fonctionnelle est de faire un choix raisonné pour les tolérances, appuyé sur
l'analyse fonctionnelle des formes, donc liés à une fonction technique effective.
Les tolérances établissent un compromis entre la précision requise pour un fonctionnement
satisfaisant et les contraintes techniques et économiques de la fabrication.
 Nomenclature finale
 Documents de fabrication détaillés
 Gamme de fabrication
 Contrat de Phase
 Dessins de définition de chacune des pièces…
 Tolérances dimensionnelles
 Tolérances géométriques
 Appel d’offre
…Garantissant le bon fonctionnement du mécanisme
4. Descriptif des livrables – Phase III - Définition

M1 GSI
Sommaire
1. Contexte
2. Problématique
3. Objectif
5. Plan d’Actions
7. Conclusion

M1 GSI
5.Démarche fonctionnelle et outils
1.
Étude du besoin
2.
Détermination des exigences fonctionnelles du besoin
3.
Conception
1: Bête à cornes
2: Pieuvre
3: Principes de solutions
4: FAST
5: SADT
6: TRIZ
Besoins
Fonctions de
services
Produit
solutions
constructives
1
Expression
fonctionnelle
du besoin
2
Description
fonctionnelle
du besoin
Approche
fonctionnelle
AFE
Approche
fonctionnelle
AFI
Approche
structurelle
5-6 6
Fonctions
techniques
Solutions
techniques
3-4
Démarche descendante: conception du produit en fonctions des besoins
Démarche ascendante: amélioration ou copie / contretypage retro-ingénierie/conception

M1 GSI
5.Démarche fonctionnelle
Besoins
Fonctions de
services
Produit
Principe
techniques
Fonctions
techniques
Solutions
constructives
CdCF
 Matières d’œuvre
 Physique
 Énergétiques
 Informationelles
 Environnement
 Physique
 Humain
MILIEU
 Contexte économique
 État de l’art :Veille
technologique
 Les sites d'actualités
 Les bases de données techniques
 Les bases de dépôts de brevets
 Les communiqués de presse des
fournisseurs et des éditeurs
 Les sites spécialisés
 Les blogs d'expert
Optimisation
multi-critères
QCD
 Critère d’appréciation des
fonctions
 Niveau d’appréciation
 Flexibilité

M1 GSI
Sommaire
1. Contexte
2. Problématique
3. Objectif
5. Plan d’Actions
7. Conclusion

M1 GSI
Outils de description fonctionnelle
 Graphe de produit
 Diagramme de flux
 Diagramme des interacteurs (APTE)
 FAST de description
 Schéma bloc
 Actigrammes SADT
 Présentation générale du problème
6. Outils d’analyse et de créativité dans une
démarche de conception technique

M1 GSI
Outils de description de l’évolution temporelle
 Tableaux anachroniques
 Chronogrammes
 Graphe de Gantt
 Diagramme PERT
6. Outils d’analyse et de créativité dans une
démarche de conception technique

M1 GSI
Méthodes contribuant à la créativité technique
 Veille technologique
 Brain-stormping ou remue-méninges
 Méthodes de ressemblance, de concassage
 Matrice de découvertes
 QFD (quality function Deployment)
 Méthodologies associées à la théorie TRIZ
6. Méthodes d’analyse et de créativité dans
une démarche de conception technique

M1 GSI
Méthodes et outils d’analyse d’un produit
 Diagramme de Pareto
 Diagramme causes-effets 5M
 Analyse de la valeur
 AMDEC
 QQOQCCP
 5P
 …
6. Méthodes d’analyse et de créativité dans
une démarche de conception technique

M1 GSI
6.Bête à cornes
Recherche du besoin

M1 GSI
6.Pieuvre
Recherche des FS

M1 GSI
6.FAST
Recherche des ST

M1 GSI
6.FAST

M1 GSI
6.FAST
FAST Créatif

M1 GSI
6.FAST
FAST descriptif

M1 GSI
6.FAST
FAST Exemple

M1 GSI
6.FAST
FAST Exemple Aspirateur

M1 GSI
6.SADT

M1 GSI
6.SADT
SADT – Store SOMFY

M1 GSI
6.SADT
SADT – Exemple

M1 GSI
6.Maquette CAO

M1 GSI
6.Graphes

M1 GSI
6.Diagrammes

M1 GSI
6.Tableaux

M1 GSI
6.Abaques

M1 GSI
Sommaire
1. Contexte
2. Problématique
3. Objectif
5. Plan d’Actions
7. Conclusion

M1 GSI
7. Exemple- Cassiopée (M2-2014/15)
1-Expression du besoin fonctionel

M1 GSI
2-Définition des fonctions

M1 GSI
3-RECHERCHE des principes de solutions
 INOVATION de rupture
 SNAKE-ARM
 SPIDERCAM
 INOVATION Incrémentale
 Robots articulés:
 Solution 1: Pivots+ Glissière rectiligne
 Solution 2: Pivots+ Glissière circulaire
 Solution3:…
 INNOVATION mineure
 On part de zéro…

M1 GSI
4-Recherche des Solutions Techniques
 Solution 1: Pivots+ Glissière rectiligne…
 RELIER les FP et FS aux ST?
 FAST:
 Réaliser un liaison PIVOT d’axe (A, y)
 Réaliser une liaison GLISSIERE rectiligne
 …

M1 GSI
 FAST…

M1 GSI
 CDCF de la “sous-Fonction”…

M1 GSI
 Réaliser un liaison PIVOT d’axe (A, y): SUPPRIMER 5DDL
 Pivot glissant + Ponctuelle: 4+1
 2*Linéaire annulaire + 1 ponctuelle: 2*2+1
 LA + Rotule: 2+3
 2*rotule (précharge): 2*3=6
 Rotule + 2*LA (précharge, hyperstatique): 3+2*2=7
 …
 FAST

M1 GSI
 Schéma Cinématique
 Schéma d’Architecture
 Schéma Technologique

M1 GSI
ST
FS FP

M1 GSI
5-CHOIX des Solutions Techniques
 Matrice d’aide à la décision
 Critères
 Pondération

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