IBTS-77-RP-1000
Modèles de processus de conception
Sélection des modèles
Plusieurs domaines de recherche se sont intéressés à la modélisation des processus de conception et d’innovation, si bien qu’il existe aujourd’hui de nombreux modèles. Certaines communications établissent des recueils de ces modèles (van Aken, 2005, Design Council, 2007, Cross, 2008, Tomiyama et al., 2009). D’autres s’attachent à les comparer entre eux, soit deux à deux de manière détaillée (Evrard et al., 2006, Yang and Zhang, 2000, Mann, 2002), soit de manière plus globale (Howard et al., 2008, Vadcard, 1996, Cavallucci, 1999a, Perrin-Bruneau, 2005). Ces publications nous ont permis de sélectionner cinq modèles.
Exemples de modèles
Axiomatic Design :L’Axiomatic Design est une méthodologie de conception développée par Nam P. Suh dans les années 90 alors qu’il était Professeur au MIT (Suh, 1990). Elle s’articule autour de trois grands principes que sont les axiomes, les domaines et le processus en zigzag. Les domaines de l’Axiomatic Design sont au nombre de quatre .
Le domaine client dans lequel on retrouve les besoins du consommateur ou Customer Attributes (CAs) ; Le domaine fonctionnel avec ses exigences fonctionnelles ou Functional Requirements (FRs) ; Le domaine physique et ses paramètres de conception ou Design Parameters (DPs) ; Le domaine du procédé avec les variables du process ou Process Variables (PVs).
Le processus de conception résulte des itérations progressives (ou zigzags) entre les différents domaines. En effet, les exigences fonctionnelles (FRs) sont déduites des attentes des clients (CAs), et la sélection des paramètres de conception (DPs) à partir des FRs impliquent les variables des procédés (PVs).
L’Axiomatic Design doit son nom aux deux axiomes (désigne une vérité indémontrable qui doit être admise) qui gouvernent selon Suh une conception acceptable :
Axiome 1 : l’axiome d’indépendance. Il s’agit de maintenir l’indépendance des FRs. Dans une conception satisfaisante, les DPs et les FRs sont reliés entre eux de façon à ce qu’un DP spécifique puisse être ajusté pour satisfaire son exigence FR correspondante sans affecter les autres FRs. Le respect de l’axiome 1 assure que la conception sera ajustable, contrôlable et évitera des conséquences inattendues.
Axiome 2 : l’axiome informationnel. Il s’agit de minimiser la complexité du système et les informations relatives au design du produit. Parmi les alternatives de conception qui respectent l’axiome 1, la meilleure solution est celle qui détient le minimum d’information. Le respect de l’axiome 2 assure que la conception sera robuste et maximisera les chances de succès.
Importance des méthodes et de leur sélection
Importance des méthodes
De manière générale, les méthodes de conception sont souvent citées comme facteurs de succès (best practices) des entreprises qui innovent (Frost, 1999) cité par (Boly, 2004, López-Mesa and Thompson, 2006). Ainsi, lorsque des enquêtes sont menées auprès des industries, le critère d’utilisation des méthodes de conception sur les projets constitue un indicateur de maturité clé du processus de conception et d’innovation de l’entreprise (Herrera-Hernandez et al., 2009).
En effet, l’utilisation des méthodes conduit à l’optimisation du processus de développement de produits et permet ainsi l’amélioration de la compétitivité des entreprises (Stetter and Lindemann, 2005). Cette optimisation intervient à plusieurs niveaux : au niveau du processus d’une part, mais également au niveau du produit d’autre part.
Au niveau processus, l’application des méthodes de conception permet d’accroître l’efficacité et l’efficience du processus de développement (Braun and Lindemann, 2003). De plus, la conception est un processus complexe, un problème mal-défini (ill-defined problem) (Simon, 1991) : les méthodes de conception permettent alors de pallier à cette complexité intrinsèque en formalisant, rationnalisant le processus et en donnant un cadre aux activités pluridisciplinaires de la conception (Boly, 2004, López-Mesa and Thompson, 2006).
Au niveau produit, elles permettent la prise en considération des différentes contraintes (fabrication, maintenabilité, fin de vie, coût, etc.). Elles assurent également la prise en compte de l’utilisateur (final ou non) via le style, l’émotion, les usages, etc. pour des personnes novices ou expertes, valides ou en situation de handicap, etc. Ainsi, leur champ d’application est très large et recouvre l’ensemble des attentes et besoins des concepteurs.
Ainsi, les méthodes de conception participent à la stratégie globale de l’entreprise que Jones et Cross nomment «stratégie de conception» (design strategy) (Jones, 1992, Cross, 2008). Par exemple, si une entreprise décide d’axer sa stratégie sur l’écoconception et le développement durable, elle pourra faire appel à des méthodes du type ACV (Analyse du Cycle de Vie). Autre exemple, si une industrie souhaite entrer dans un marché avec des produits à bas prix, elle devra baser son processus sur une maîtrise scrupuleuse des coûts avec des méthodes du type AV (Analyse de la Valeur).
Sous utilisation en pratique
Malgré les avantages incontestés des méthodes dans l’optimisation globale du processus de conception et d’innovation, de nombreux auteurs font état d’un manque d’utilisation des méthodes en pratique (Rohatinsky, 2001, Stetter and Lindemann, 2005, Daalhuizen et al., 2008). Or, ce constat date de presque vingt ans. En effet, dès le début des années 90, certains chercheurs soulignaient déjà ce manque (Birkhofer, 1991).
Cette constatation découle d’études empiriques menées sur le terrain. Certaines d’entre elles analysent l’utilisation des méthodes de conception de manière générale (Wright et al., 1995, Araujo et al., 1996, Chai and Xin, 2006, López-Mesa and Thompson, 2006). D’autres se concentrent sur une famille de méthodes bien spécifique comme celles de représentation (Johansson et al., 2001), celles de prise en compte de l’utilisateur (Vredenburg et al., 2002), les méthodes dites robustes (Arvidsson et al., 2003), les méthodes de sélection (Salonen and Perttula, 2005), celles de design (Self et al., 2009). D’autres encore, se focalisent sur l’étude d’une méthode en particulier comme la méthode ABC (Activity-Based Costing) (Innes et al., 2000) ou encore les plans d’expérience (Tanco et al., 2008). Ces observations sont unanimes quelque soit la zone géographique comme en témoigne l’étude de (Bruseberg and McDonagh-Philp, 2000) au Royaume-Uni, celle de (Römer et al., 2001) en Allemagne, celle de (Engelbrektsson and Söderman, 2004) en Suède, ou encore celle de (Fujita and Matsuo, 2005) au Japon.
Facteurs influençant le choix des méthodes
Les facteurs influençant la sélection des méthodes de conception sont nombreux, comme nous allons le constater dans les parties qui suivent. Ils peuvent être classés en deux catégories : les facteurs liés au contexte, et ceux liés aux méthodes en elles-mêmes.
Facteurs liés au contexte
Sur le sujet du management de l’innovation, (Tidd et al., 2005) exposent une série de variables de contexte, internes ou externes au processus, impactant la gestion de l’innovation . Ainsi, le contexte influe le management de l’innovation, et a fortiori le processus de conception et de développement de produits nouveaux. Selon (Hales and Gooch, 2004), ce qui rend chaque projet unique, c’est le contexte dans lequel il s’intègre. Ainsi, en considérant de plus près quelles sont les spécificités du contexte de chaque projet, il sera possible de proposer des réponses adaptées en matière de choix des méthodes de conception.
(Hales and Gooch, 2004) proposent un modèle de contexte projet en cinq couches nommées «niveaux de résolution». L’ensemble des ces couches sont intégrées dans un environnement extérieur. Au niveau conception, on retrouve les étapes incontournables du développement d’un produit. En se basant sur le modèle (Aoussat, 1990), il s’agira des étapes de traduction et d’interprétation du besoin, de développement et de validation de la solution. Ici, (Hales and Gooch, 2004) réexploitent dans leur modèle de contexte les étapes formalisées par (Pahl and Beitz, 2007). La conception est un des processus en cours lors d’un projet : en amont s’opèrent les processus marketing, recherche et développement ; en aval, les processus fabrication, vente ; en support, les processus achat, ressources humaines, qualité. Ce projet s’intègre dans un système de management, lui-même appartenant à une organisation, qui peut être une entreprise. Cette structure reçoit de l’argent de la part de ses clients qui prennent place au sein du marché, en échange de la vente des produits qu’elle développe. Tous les marchés existants s’insèrent dans un environnement extérieur.
Facteurs liés aux méthodes
Intuitivement, il semble assez évident que pour pouvoir sélectionner de manière adéquate une méthode, on s’en réfère à ses caractéristiques propres. Ainsi, les guides répondant au mécanisme d’attributs sont basés sur les facteurs liés aux méthodes.
Au-delà de l’adéquation avec les phases ou les étapes du processus, d’autres facteurs liés aux méthodes sont à prendre en considération dans la sélection . De manière assez basique, on prend en considération à la fois les données d’entrée de la méthode mais également ses données de sortie (Jones, 1992). Cela concerne aussi par exemple, les ressources telles que l’expertise méthodologique à requérir pour mettre en œuvre une méthode, mais aussi les ressources humaines, temporelles, financières et matérielles (Macdonald and Lebbon, 2001). Pour être plus précis, on pourrait également différencier les ressources temporelles pour la mise en œuvre de la méthode, des ressources temporelles pour sa formation. On pourrait également faire cette distinction pour les coûts (coût d’adoption, coût de formation). (Chai and Xin, 2006) font quant à eux référence à l’aspect convivialité et attractivité de la méthode pour sa sélection, mais aussi à l’utilité perçue par l’utilisateur pour son application sur le projet ou encore le coût associé à son apprentissage.
Enjeux économiques et conception
«La conception est une phase cruciale pour le succès du projet ». Ce sont dans ces termes que s’est exprimé Louis Schweitzer, alors PDG de Renault, dans une interview parue dans «les Echos» du 13 février 2002 (Ministère de l’Economie des Finances et de l’Industrie, 2003). Lors de cet entretien, il établit un lien direct entre le temps de développement des nouveaux produits, le temps de mise sur le marché et le chiffre d’affaires du constructeur automobile. Gagner du temps dans la conception, c’est agir directement sur le chiffre d’affaires de l’entreprise. En effet, il a été démontré dans une étude menée par le cabinet McKinsey and Company (Department of Trade and Industry, 1994) cité par (Wynn, 2007), qu’un décalage de six mois dans la mise sur le marché d’un produit peut conduire à une perte de près de 30% sur les profits . De même qu’il existe une relation de cause à effet entre les temps de développement des produits et les temps de mise sur le marché, les décisions prises en amont des projets ont des conséquences significatives sur les coûts qui seront supportés jusqu’à la fin du cycle de vie du produit. Ces décisions n’ont pas de conséquences immédiates. Leurs effets sont étalés dans le temps. En définitive, les options retenues dès les phases d’avant-projet ont un impact sur les coûts de développement, d’après-vente, d’exploitation, de recyclage, etc. (Garel, 2003). Ainsi, (AFITEP, 1995, Tichkiewitch, 2010) considèrent que près de 80% du coût complet d’un projet sont figés dès la fin de la conception, alors que seulement 5% des dépenses sont effectives . De plus, la possibilité d’avoir une influence sur les coûts décroît rapidement dès la fin des pré-études, et plus le temps passe, plus les modifications ont un coût relatif important.
Rôle des méthodes de conception
Les atouts des méthodes de conception sont aussi multiples et variés que leur nombre est important. Elles permettent à la fois de raccourcir les délais de développement, de diminuer les coûts, de répondre aux exigences environnementales, etc. Ainsi, toute exigence industrielle a sa réponse en terme de méthodologie : par exemple la conception à coût objectif pour développer des produits à des coûts moindres ; créativité pour imaginer les produits de demain et avoir toujours une longueur d’avance sur ses concurrents ; universal design pour des produits accessibles au plus grand nombre, etc.
S’intéressant aux bests practices des entreprises innovantes, (Franke et al., 2009) ont démontré qu’il existe une corrélation positive entre d’un côté le succès des innovations et de l’autre la structuration des processus et l’application des méthodes . En effet, l’intégration des méthodes de conception en développement de produits permettant de structurer et de formaliser les processus de conception et d’innovation, il n’est pas étonnant de retrouver ces deux aspects sur le même le schéma.
Aussi, l’application des méthodes de conception est un indicateur de maturité utilisé de manière conventionnelle pour les projets d’innovation. En particulier, (Herrera-Hernandez et al., 2009) citent l’utilisation des méthodologies de conception comme facteur clé pour améliorer les processus. Enfin, les méthodes de conception contribuent à la stratégie d’ensemble de l’entreprise et du développement de produit. C’est ce que Jones et Cross appellent la stratégie de conception (design strategy) dans (Jones, 1992, Cross, 2008).
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
OBJECTIF ET PROBLEMATIQUE DE RECHERCHE
METHODOLOGIE DE RECHERCHE
ORIGINALITE ET APPORTS
STRUCTURE DU DOCUMENT
1 POSITIONNEMENT ET ENJEUX
1.1 POSITIONNEMENT SCIENTIFIQUE
1.1.1 Génie industriel, ingénierie et science de la conception
1.1.2 Vers l’optimisation du processus de conception
1.1.3 Aide à la sélection des méthodes de conception
1.2 ENJEUX DE CETTE RECHERCHE
1.2.1 Enjeux économiques : Supporter le processus de développement
1.2.2 Enjeux scientifiques : Accroître la visibilité des résultats de recherche
1.2.3 Enjeux pédagogiques : Former aux méthodologies de conception
1.3 CONCLUSION SUR LE POSITIONNEMENT ET LES ENJEUX
2 ETAT DE L’ART : LA SELECTION DES METHODES DE CONCEPTION
2.1 THEORIES ET METHODOLOGIES DE LA CONCEPTION
2.1.1 Terminologie
2.1.2 Bref historique du domaine
2.1.3 Modèles de processus de conception
2.1.4 Synthèse
2.2 IMPORTANCE DES METHODES ET DE LEUR SELECTION
2.2.1 Méthodes de conception
2.2.2 Importance des méthodes
2.2.3 Sous utilisation en pratique
2.2.4 Focus sur la sélection
2.3 GUIDES EXISTANTS D’AIDE A LA SELECTION DES METHODES
2.3.1 Les guides existants
2.3.2 Principe de décomposition du processus
2.3.3 Principe de sélection par attributs
2.3.4 Insuffisance des guides
2.4 AIDER A LA SELECTION DES METHODES
2.4.1 Processus de sélection
2.4.2 Données, informations et connaissances dans la prise de décision
2.4.3 Facteurs influençant le choix des méthodes
2.4.4 Rôle des connaissances
2.5 SYNTHESE DE L’ETAT DE L’ART
3 PROBLEMATIQUE ET HYPOTHESES DE MODELISATION
3.1 PROBLEMATIQUE : AIDER A LA SELECTION DES METHODES
3.2 HYPOTHESES DE MODELISATION
3.2.1 Hyp 1 : Support des données descriptives et prescriptives
3.2.2 Hyp 2 : Intégration des connaissances théoriques et expérimentales
Optimisation du processus de conception : Proposition d’un modèle de sélection des méthodes pour l’aide à la décision 4
3.3 SYNTHESE DE LA PROBLEMATIQUE ET DES HYPOTHESES
3.4 PROPOSITION D’UN PREMODELE
4 CONSTRUCTION DU MODELE ET PROPOSITION D’UN OUTIL
4.1 OBJECTIFS DE L’EXPERIMENTATION
4.2 TRADUCTION DU BESOIN
4.2.1 Objectif de l’étape 1
4.2.2 Entretiens avec les utilisateurs
4.2.3 Analyse Fonctionnelle
4.2.4 Conclusion de l’étape 1
4.3 INTERPRETATION DU BESOIN
4.3.1 Objectif de l’étape 2
4.3.2 Retour d’expérience
4.3.3 Travail bibliographique et évaluation heuristique
4.3.4 Résultat
4.3.5 Conclusion de l’étape 2
4.4 DEFINITION DE LA SOLUTION
4.4.1 Objectif de l’étape 3
4.4.2 Développement informatique
4.4.3 Résultats
4.4.4 Conclusion de l’étape 3
4.5 EVALUATION DE LA SOLUTION
4.5.1 Objectifs de l’étape 4
4.5.2 Evaluation heuristique
4.5.3 Tests utilisateurs
4.5.4 Conclusion de l’étape 4
4.6 SYNTHESE DES APPORTS EXPERIMENTAUX
4.6.1 Synthèse globale de la démarche expérimentale
4.6.2 Synthèse de la démarche expérimentale par étape
5 MODELE D’AIDE A LA SELECTION DES METHODES DE CONCEPTION
5.1 PRESENTATION DU MODELE
5.2 APPORTS DU MODELE
5.2.1 Apport du modèle au développement d’un système d’aide à la sélection
5.2.2 Apport du modèle à l’optimisation du processus de conception
5.3 LIMITES DU MODELE
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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