Intégration des savoir-faire métier produit-process pour une amélioration de la productivité en

204 Pages·2017·5.67 MB·French

Université de Technologie de Belfort - Montbéliard
Université de Franche Comté

Ecole doctorale n°37 : Sciences Pour l’Ingénieur et Microtechniques

THESE
pour obtenir le
GRADE de DOCTEUR

Spécialité : Sciences pour l’Ingénieur (Génie Mécanique)

Intégration des savoir-faire métier produit-process pour une amélioration
de la productivité en développement de produits de style

par :

Jean-Bernard BLUNTZER

Présentée et soutenue publiquement le 20 novembre 2009 devant le jury composé de :

A. AOUSSAT Professeur, Arts et Métiers ParisTech, Paris Examinateur
E. CAILLAUD Professeur, ULP, Strasbourg Président, Rapporteur
S. GOMES Professeur, UTBM, Belfort Co-directeur de thèse
E. PINARD Responsable R&D, FAURECIA XSPG ETD, Audincourt Invité
L. ROUCOULES Professeur, Arts et Métiers ParisTech, Aix-en-Provence Rapporteur
J.C. SAGOT Professeur, UTBM, Belfort Directeur de thèse

Rapport préparé au sein du laboratoire Systèmes et Transports (SeT – E.A. 3317)
dans l’équipe "ERgonomie et COnception des Systèmes" de l’Université de
Technologie de Belfort-Montbéliard
REMERCIEMENTS

Je tiens, tout d'abord à remercier les professeurs Emmanuel Caillaud de l'ULP
(Strasbourg) et Lionel Roucoules de l‟ENSAM (Aix en Provence) qui m'ont fait l'honneur
d'être les rapporteurs de mon travail de thèse.
Je suis reconnaissant au professeur Ameziane Aoussat de l'ENSAM (Paris) pour son
implication dans l'évaluation de mon travail en tant que membre du jury.

Je souhaite également exprimer mes profonds remerciements à Jean-Claude Sagot qui a
encadré ces travaux de recherche, pour son soutien et sa confiance ainsi qu'à Samuel Gomes,
codirecteur de cette thèse, pour m'avoir encouragé à initier ces travaux et pour ses nombreux
conseils avisés.
Un grand merci à Eric Pinard et Pascal Renoit pour avoir été à l'initiative de ce projet
au sein de Faurecia, pour leur encadrement ainsi que pour les très bonnes conditions de travail
qu'ils m'ont offertes.

Je suis sensible à l'accueil qui m'a été réservé par les équipes Faurecia au lancement du
projet et durant toute sa durée.
Merci à Claude Grangirard et Béatrice Jaskulski pour leur collaboration active à mes
travaux de thèse.
J'ai aussi une pensée toute particulière pour Patrice Zanchetta qui m'a conseillé et
orienté à chaque fois qu'il le pouvait.
J'apprécie également à sa juste valeur l'accueil qui m'a été réservé par mes collègues du
bureau d'études : Christian, Christophe, David, Didier, Dominique, Frédéric, Hervé, Jean-
Marc, les Jérôme, Julien, Laurent, les Michel, les Stéphane, Thierry et Xavier.
Je tiens aussi à remercier mes différents stagiaires et apprentis qui ont participé à ce
projet : Anthony, Dorian, Gaël, Gang, Romain et Yves.
Je remercie chaleureusement Mary et Didier pour leur sympathie et leur philosophie. Ils
ont su me faire évoluer.

Je suis tout particulièrement reconnaissant du temps que Sébastien Chevriau du
laboratoire SeT de l'équipe ERCOS m'a consacré tout au long de ces trois années. Son aide m'a
été très récieuse et m'a permis de mener à bien ces travaux.

I
J'associe également à ces remerciement tous les membres des équipes de recherche et
pédagogique de l'Université de Technologie de Belfort-Montbéliard ainsi que tous les élèves
ingénieurs qui ont pu être impliquées de prêt ou de loin à ces travaux.
Je tiens à remercier également Sylvie pour tous ses conseils professionnels et
personnels ainsi que pour sa fidèle amitié.

Je tiens à témoigner ma reconnaissance à Brigitte, Baudoin, Granilou et Lucien pour
leurs encouragements, pour avoir su me guider dans mes choix et pour leur amitié sincère.

Un grand merci à Bernard, mon père, pour qui je n'ai pas de mots pour exprimer mon
immense gratitude. Aucune phrase ne serait suffisante pour exprimer mes sentiments à son
égard.
Un grand merci également à Lili qui m'a encouragé et supporté pendant toutes ces
années comme son propre fils.
Et enfin, un merci infini à Flo qui à tous moments, qu‟ils aient été difficiles ou non, a su
me guider, m‟aider, répondre à mes inquiétudes ou encore simplement me rassurer. Il faudrait
autant de pages qu‟il y a de lignes dans ce document pour exprimer tous les sentiments que je
ressens. Et encore, ce nombre de pages ne suffirait certainement pas.

II
A Annick

III
"Toutes les choses de la vie qui ont existé une fois tendent à se recréer."
Marcel Proust, A la recherche du temps perdu

IV
SOMMAIRE

INTRODUCTION GENERALE .................................................................................................. 1
CHAPITRE 1 : CONTEXTE INDUSTRIEL ET CADRE DE RECHERCHE .............................. 7
1.1 CADRE DU TRAVAIL DE RECHERCHE .............................................................................. 7
1.1.1 La société partenaire : FAURECIA ....................................................................... 7
1.1.2 Le laboratoire d’accueil : le SeT de l’UTBM ....................................................... 10
1.2 LE PROCESSUS DE DEVELOPPEMENT DANS LE CENTRE DE R&D ................................... 10
1.2.1 Cycle de vie d’un véhicule automobile ............................................................... 11
1.2.2 L’activité de conception d’un produit de style ..................................................... 12
1.2.3 Délimitation de notre champ d’investigation ....................................................... 13
1.2.4 Le positionnement de nos travaux : le besoin initial de FAURECIA .................. 16
1.3 CONCLUSION ............................................................................................................ 17
CHAPITRE 2 : D’UNE CONCEPTION TRADITIONNELLE A UNE INGENIERIE
FONCTIONNELLE A BASE DE CONNAISSANCES .................................... 19
2.1 LE PROCESSUS DE CONCEPTION : UNE APPROCHE MULTI-METIERS COMPLEXE ET
COLLABORATIVE ........................................................................................................ 20
2.1.1 Les modèles de conception ................................................................................ 20
2.1.2 Principes proposés en conception collaborative ................................................ 24
2.1.3 Les modèles de structuration de données en conception de produits ............... 28
2.1.4 Les outils de conception intégrée et collaborative.............................................. 30
2.2 APPLICATION DE L’INGENIERIE DES CONNAISSANCES DANS LE PROCESSUS DE
CONCEPTION ............................................................................................................. 33
2.2.1 Les modèles de connaissances ......................................................................... 34
2.2.2 Exploitation des connaissances en conception .................................................. 36
2.2.3 Les méthodes et outils d’ingénierie des connaissances existants ..................... 43
2.3 VERS UNE CONCEPTION FONCTIONNELLE DE PRODUITS ............................................... 45
2.3.1 Les modèles de conception fonctionnelle .......................................................... 45
2.3.2 Les outils de conception fonctionnelle ................................................................ 46
2.4 LES SYSTEMES D’AIDE A LA CONCEPTION .................................................................... 49
2.4.1 La conception assistée par ordinateur ............................................................... 49
2.4.2 Typologie des modèles numériques ................................................................... 52
2.4.3 Les méthodologies de modélisation ................................................................... 55
2.5 PROBLEMATIQUE ET HYPOTHESES DE RECHERCHE ...................................................... 57
2.5.1 Problématique de recherche .............................................................................. 57
2.5.2 Enoncé des hypothèses ..................................................................................... 58
2.6 CONCLUSION ............................................................................................................ 59

V
CHAPITRE 3 : OBSERVATIONS ACADEMIQUES, VERS UNE PROPOSITION DE
METHODES ET MODELES ........................................................................... 61
3.1 EXPERIMENTATION : CONCEPTION DANS UN CONTEXTE ACADEMIQUE D’UN VEHICULE DE
COMPETITION DESTINE AU CHALLENGE SIA ................................................................. 61
3.1.1 Présentation du modèle collaboratif appliqué .................................................... 63
3.1.2 Application du modèle présenté ......................................................................... 64
3.1.3 Résultats de l’expérimentation ........................................................................... 69
3.1.4 Limites de la méthodologie ................................................................................. 71
3.2 FONDAMENTAUX DE L’APPROCHE PROPOSEE : DU CDCF A LA GEOMETRIE DU MODELE
NUMERIQUE ............................................................................................................... 72
3.2.1 Typologie des paramètres et des règles ............................................................ 73
3.2.2 Etape 1 : Le cahier des charges fonctionnel, la fondation du modèle ............... 75
3.2.3 Etape 2 : L’architecture produit, du besoin fonctionnel aux différents principes de
solution ............................................................................................................... 78
3.2.4 Etape 3 : Propagation des paramètres spécifiques ........................................... 79
3.3 EXTRACTION ET VALIDATION DES CONNAISSANCES METIER .......................................... 79
3.3.1 Principes d’extraction des connaissances métier retenues ............................... 80
3.3.2 Processus de validation des connaissances métier retenues ............................ 81
3.4 STRUCTURATION DES DEFINITIONS NUMERIQUES ......................................................... 84
3.4.1 Méthodologie de modélisation collaborative multi-sites ..................................... 84
3.4.2 Décomposition orientée métier de la définition numérique de la pièce
géométrique ........................................................................................................ 87
3.4.3 Intégration et exploitation des connaissances métier dans la définition
numérique du produit .......................................................................................... 96
3.5 SYSTEME D'INFORMATION ET METHODOLOGIE PROPOSES .......................................... 102
3.6 DISCUSSION ............................................................................................................ 104
CHAPITRE 4 : MISE A L'EPREUVE DE L'OUTIL DE RECHERCHE DEVELOPPE EN
MILIEU INDUSTRIEL ................................................................................... 107
4.1 INTEGRATION DES OUTILS DANS UNE VISION COLLABORATIVE ..................................... 108
4.1.1 Outil expérimental d’ingénierie collaborative : ACSP ....................................... 108
4.1.2 Outils dédiés à la conception paramétrique ..................................................... 116
4.1.3 Génération des architectures produits ............................................................. 118
4.2 APPROCHE EXPERIMENTALE .................................................................................... 124
4.2.1 Expérimentation industrielle des concepts proposés à travers le développement
d’une interface technique pour véhicules automobiles .................................... 125
4.2.2 Expérimentation complémentaire : intégration des principes de solution et
application à un support capteur ...................................................................... 131
4.3 VERS UN PARADIGME D’AIDE A LA DECISION FONDE SUR LES CAS PRECEDENTS ........... 140
4.4 PROPOSITION D’UN NOUVEAU MODELE METHODOLOGIQUE ......................................... 141
4.4.1 Présentation du modèle méthodologique fondé sur du CBR ........................... 141
4.4.2 Notre modèle de représentation des connaissances ....................................... 143
4.4.3 Notre méthode de recherche ............................................................................ 145
4.4.4 La méthode de réutilisation proposée .............................................................. 146
4.4.5 La méthode de révision proposée .................................................................... 147
4.4.6 Notre méthode de capitalisation ....................................................................... 147
4.5 DISCUSSION ............................................................................................................ 150

VI
CHAPITRE 5 : VALIDATION DU MODELE FGBR AU CONTEXTE INDUSTRIEL
AUTOMOBILE FAURECIA .......................................................................... 154
5.1 3EME EXPERIMENTATION : APPLICATION INDUSTRIELLE DU MODELE FGBR A UNE GAMME DE
PARE-CHOCS DE VEHICULES ..................................................................................... 154
5.2 1ERE ETAPE EXPERIMENTALE : CONCEPTION DU PC1 : ................................................ 155
5.2.1 Etape 1 : Définition du besoin........................................................................... 155
5.2.2 Etape 2 : Génération des ressources géométriques ........................................ 156
5.2.3 Etape 3 : Définition de l’architecture produit ..................................................... 156
5.2.4 Etape 4 : Génération des ressources géométriques ........................................ 157
5.2.5 Etape 5 : Modélisation tridimensionnelle .......................................................... 157
5.2.6 Etape 6 : Modification du modèle numérique ................................................... 158
5.2.7 Etape 7 : Validation du modèle numérique ...................................................... 158
5.2.8 Etape 8 : Exploitation du modèle numérique pour capitalisation ..................... 159
5.3 2ERE ETAPE EXPERIMENTALE : CONCEPTION PC2 : ..................................................... 159
5.3.1 Etape 1 : Définition du besoin........................................................................... 159
5.3.2 Etape 2 : Recherche des If candidates ............................................................ 160
5.3.3 Etape 3 : Définition de l’architecture produit ..................................................... 160
5.3.4 Etape 4 : Génération des ressources géométriques ........................................ 162
5.3.5 Etape 5 : Modélisation tridimensionnelle .......................................................... 162
5.3.6 Etape 6 : Modification du modèle numérique ................................................... 162
5.3.7 Etape 7 : Validation du modèle numérique ...................................................... 162
5.3.8 Etape 8 : Exploitation du modèle numérique pour capitalisation ..................... 163
5.4 RESULTATS ET BILAN DE L’EXPERIMENTATION ........................................................... 163
5.5 DISCUSSION ............................................................................................................ 164
DISCUSSION GENERALE ET PERSPECTIVES DE RECHERCHE ................................... 166
BIBLIOGRAPHIE .................................................................................................................. 174

VII
TABLE DES ILLUSTRATIONS

Liste des figures :
Figure 1 : Avant véhicule présentant des pièces d’aspects et des pièces techniques ............. 9
Figure 2 : Cycle de vie d’un véhicule automobile chez PSA Peugeot Citroën d’après PSA
[2009] .................................................................................................................... 11
Figure 3 : Processus de conception simplifié d’un produit de style ......................................... 12
Figure 4 : Représentation d’un produit par activité de conception .......................................... 13
Figure 5: Graphiques représentant les interactions Conception - Innovation ......................... 17
Figure 6 : Modèle de conception issu des travaux du laboratoire SeT ................................... 22
Figure 7 : Description d’un processus de conception et de fabrication d’un produit selon Zeid
[1991] .................................................................................................................... 23
Figure 8 : Illustration des quatre modes de coopération et les communications respectives en
accord avec Tarpin-Bernard et David [1996] ........................................................ 25
Figure 9 : Exemple d’organisation d’une société en Back Office et Front Office en accord avec
Safizadeh et al. [ 2003] ......................................................................................... 27
Figure 10 : Modèle de données systémique "Multi-Domaines et Multi-Vues" (MD-MV) en
accord avec Gomes et Sagot [2002] ..................................................................... 29
Figure 11 : Définition des sept éléments clés du PLM selon Schuh et al. [2008] ................... 32
Figure 12 : Cycle de vie de la connaissance inspiré de Millard et al. [2006]........................... 36
Figure 13 : Architecture d'un système expert en accord avec Karkan et Tjoen [1993] ........... 37
Figure 14 : Ontologie simple pour des descripteurs de pare-chocs (relation "sorte-de") ........ 39
Figure 15 : Cycle de raisonnement à partir de cas (CBR) selon Aamodt et Plaza [1994] ...... 42
Figure 16 : Représentation d’une conception en Axiomatic Design selon Suh [1990] ........... 46
Figure 17 : Structure d’un diagramme FAST selon Brissard et al. [2003] ............................... 48
Figure 18 : Processus de création d’un volume dans un modeleur géométrique. .................. 53
Figure 19 : Représentation de processus de création de rayons ............................................ 56
Figure 20 : Exemple de réducteur coaxial à courroie crantée ................................................. 62
Figure 21 : Modèle méthodologique appliqué au cours du projet SIA .................................... 63
Figure 22 : Exemple d’AFE du réducteur pour la situation de vie Utilisation .......................... 64
Figure 23 : Proposition du panel des architectures produit disponibles .................................. 65
Figure 24 : Architecture choisie ............................................................................................... 66
Figure 25 : Extrait d’une conversion Excel – Script CAO pour un paramètre diamètre .......... 67
Figure 26 : Interface de génération du palier .......................................................................... 68
Figure 27 : Représentation tridimensionnelle du concept généré ........................................... 69
Figure 28 : Comparatif de la première et de la seconde modélisation .................................... 70
Figure 29 : Méthodologie de couplage CdCF - Géométrie ..................................................... 72
Figure 30 : Produit Carrosserie du véhicule de compétition du challenge SIA ....................... 73
Figure 31 : Extrait de l’analyse fonctionnelle externe du produit et la matrice correspondante
(Matrice R-Fu) ....................................................................................................... 76

VIII
Figure 32 : Extrait de l’analyse fonctionnelle interne du produit et la matrice correspondante
(Matrice Fu-P) ....................................................................................................... 77
Figure 33 : Extrait du diagramme des solutions du produit et la matrice correspondante
(Matrice P-T) ......................................................................................................... 78
Figure 34 : Représentation vectorielle des paramètres spécifiques et fonctionnels. .............. 79
Figure 35 : Cycle d’extraction d’une règle métier. ................................................................... 80
Figure 36 : Logigramme représentant le processus de validation des règles métier .............. 81
Figure 37 : Flux des informations dans le processus de conception et de développement de
produits mécaniques ............................................................................................. 85
Figure 38 : Exemple de décomposition du produit "véhicule de compétition"......................... 89
Figure 39 : Exemple simplifié de modélisation avec entrée/sortie .......................................... 90
Figure 40 : Dichotomie de la pièce rotule en interface fonctionnelle et zone fonctionnelle .... 91
Figure 41 : G représentant les zones et les interfaces fonctionnelles composant la rotule ... 93
f
Figure 42 : Equations de la rotule ............................................................................................ 94
Figure 43 : Représentations théorique et pratique de l’architecture produit ........................... 94
Figure 44 : Réseau sémantique de l’architecture système utilisant la représentation UML ... 95
Figure 45 : Exemple d’un modèle générique issu du véhicule de compétition du challenge SIA
et ses paramètres figés remplissant une fonction standard ................................. 97
Figure 46 : Modèle générique remplissant une fonction adaptative ........................................ 97
Figure 47 : Modèle générique remplissant une fonction de contrôle et de correction. ........... 98
Figure 48 : Cycle de vie d’un modèle générique ..................................................................... 99
Figure 49 : Exemple simplifié de système entrée-génération d’un modèle générique ......... 100
Figure 50 : Evolution du modèle méthodologique ................................................................. 103
Figure 51 : Architecture client serveur via Internet mise en œuvre pour l'ACSP d'après Gomes
[2008] .................................................................................................................. 109
Figure 52 : Extrait du graphe UML relatif au "domaine du projet" d'après GOMES [2008] .. 110
Figure 53 : Extrait du graphe UML relatif au "domaine du produit" d'après GOMES [2008] 111
Figure 54 : Interface associée au domaine de "Conception du projet" du véhicule de
compétition SIA d'après Gomes [2008]............................................................... 114
Figure 55 : Interface associée au domaine de "Conception du produit" du véhicule de
compétition SIA ................................................................................................... 115
Figure 56 : Présentation du modèle géométrique vis paramétrée et réglée par désignation 118
Figure 57 : Principe méthodologique de migration des données du PLM vers la CAO ........ 119
Figure 58 : Extrait d’un fichier XML représentant un produit et une pièce ............................ 120
Figure 59 : Extrait d’un fichier XML représentant un paramètre fonctionnel ......................... 120
Figure 60 : Fonctionnement du prototype de migration......................................................... 121
Figure 61 : Commande Cv5 permettant de créer un produit ou sous-produit ....................... 122
Figure 62 : Commande Cv5 permettant de créer un paramètre ........................................... 122
Figure 63 : Interface de récupération du script sous l’ACSP ................................................ 123
Figure 64 : Exemple d’architecture produit et pièce dans le modeleur après déclenchement du
Script Cv5 depuis le PLM ACSP ......................................................................... 124
Figure 65 : Section du produit expérimenté représentant la pièce étudiée ainsi que son
environnement direct ........................................................................................... 125
Figure 66 : Représentation de la situation de vie "Assemblage" de notre produit ................ 126
Figure 67 : Extrait de l’architecture produit paramétrée au sein du PLM ACSP ................... 127
Figure 68 : Extrait de l’architecture produit paramétrée au sein du modeleur géométrique . 128

IX