Soutenance mémoire
Sous-système d’absorption/pompage du produit
Etude conceptuelle
« L’objectif d’un designer est d’écouter, observer, comprendre, compatir, sympathiser et glaner une vision qui lui permet de rendre l’invisible visible. » Hillman Curtis
Introduction
Dans la phase précédente de pré-étude, on a balayéun certain nombre de technologies de remplissage. Cette étape a permis d’avoir un aperçu sur les performances techniques et économiques de ces technologies de remplissage et d’en faire le choix d’une technologie à savoir le remplissage avec piston volumétrique avec/sans trémie. Dans cette phase d’étude conceptuelle nous allons essayer de ressortir tout ce qui est fonction par méthode de conversion des besoins en fonctions et par la méthode RESEAU dont la démarchesera détaillée plus tard dans ce chapitre. Et tout ceci pour établir le cahier des charges fonctionnelles puis procéder à la recherche et sélection des concepts inspirés par la démarche illustrée dans lafigure 10 [9].
Figure 10: Démarche de l’étude conceptuelle
Rappel des spécifications préliminaires
A partir du cahier des charges préliminaires, on peut déduire les spécifications préliminaires d’ingénierie qui vont servir de base dans l’étude ubséquente. Ces exigences sont les suivantes:
• Bouteilles de capacités variant entre 100ml et 5000ml
• Cadence de remplissage : 30kg/mn/buse
• Viscosité maximale du liquide à remplir : 10 Pa.s
• Vitesse de remplissage : dépend de l’opérateur et ud produit à remplir
• Flexibilité : 1% du volume requis
• La communication entre le dispositif et l’opérateurse fait via une HMI (interface Homme-machine)
Analyse et classement des besoins
Dans le tableau 2, on regroupe quelques besoins extrait de la liste complète des besoins dans le tableau 1 de l’annexe 2. Tous les besoins sont pondérés de 1 à 5, selon l’importance que leur accorde le client, et identifiés selon leur classe.Les
classes de besoin sont comme suit, selon le diagramme de Kano (figure 11) : B: Base
P: Performance
I: Innovation
C : Contrainte
On classe ces fonctions selon leurs affinités sur le diagramme de la figure 12 qui permettent d’avoir une vue globale des besoins qui préoccupent le client sur lesquels il faut orienter l’étude. On note à partir du diagramme les six affinités suivantes :
1. rempli des liquides allant du semblable à l’eau au très visqueux, jusqu’à 10Pa.s
2. remplir des bouteilles des 100ml jusqu’à 5000ml
3. Est sécuritaire
4. Est peu couteux
5. Ergonomique
6. Peut être entretenue/maintenue facilement
Figure 12: Diagramme des affinités de besoin
Analyse fonctionnelle
Recherche des fonctions
L’étape suivante du projet consiste en l’identification des fonctions du produit. Ces fonctions serviront à la définition des spécifications d’ingénierie que devra remplir le produit. Afin de trouver le maximum de fonctions, deux méthodes sont utilisées : la conversion des besoins en fonctions et la méthode RESEAU (cf. paragraphe 4.12)..
Les fonctions trouvées sont identifiées, par deux aractéristiques pour en faciliter le tri par la suite :
Le type de fonction : Fonction de service (usage ou estime), fonction contrainte ou fonction technique
L’échelle de Kano : échelle de classement selon le diagramme de KANO(figure 11). [10]
Conversion des besoins en fonctions
Le tableau suivant répertorie les fonctions retenues à l’issue de la conversion avec leur type et leur classement selon Kano (Innovation(I), Performance(P), Base(B) et Contrainte(C))
Méthode RESEAU
Cette méthode est proposée par R. Tassinari, sur labase d’une large expérience. C’est une méthode qui consiste à utiliser divers moyens de recherche de fonction afin de diminuer le risque d’omission et les erreurs de caractérisation. La méthode RESEAU propose les outils de recherche de fonctions suivants :
R Recherche Intuitive
E Examen de l’environnement (méthode des interacteurs)
S Sequential Analysis of Functional Element (SAFE) qui est une méthode américaine de recherche des fonctions à travers l’étude des séquences de son cycle de vie. La démarche est telle qu’il faut identifier toutes les opérations ayant un rapport direct avec l’usage du produit, afin de déterminer les fonctions qui s’y rapportent tout en donnant une priorité aux séquences d’utilisation du produit. On se met à la place de l’utilisateur sans oublier l’environnement où il se trouve.
E Examen des efforts et des mouvements A Analyse d’un produit de référence
U Utilisation des normes et des règlements
Pour un souci de redondance des fonctions, on retient les outils R, le E et le S de la méthode
RESEAU.
Recherche intuitive
Les fonctions trouvées par la recherche intuitive sont regroupées dans le tableau 2 de l’annexe 2.
Examen de l’environnement :
La méthode des interacteurs consiste à répertoriertoutes les relations qui peuvent exister entre le système et son environnement et/ou deux éléments del’environnement à travers le système dans un sens large pour en déduire des fonctions dites d’adaptation et/ou d’interaction. Les fonctions d’adaptation sont celles que devra remplir la machine pour qu’elle soit jugée adaptée à son environnement, ou tout simplement les contraintes, alors que les fonctions d’interaction sont celles pour lesquelles la machine doit exister et que devra remplir la machine pour lier (de manière fonctionnelle ou physique) deux éléments de l’environnement d’une manière appropriée, ce sont aussi les fonctions principales. Les diagrammes à p artir desquels de telles fonctions sont tirées sont illustrés dans les figures 13 et 14.
Figure 13: Interactions machine-éléments de l’environnement
Figure 14: Interactions entre éléments de l’environnement à travers la machine
L’outil SAFE
Le troisième outil pour la recherche de fonction utilisé est la méthode SAFE (Analyse Séquentielle d’élément fonctionnelle). Avec cet outil, on a imaginé un scénario d’utilisation de la machine dans un contexte industriel. Le scénario imaginé est découpé en séquences, pour chacune d’elles une ou plusieurs fonctions en sont déduites (voir tableau 2 de l’annexe 2).
Finalement, les fonctions retenues avec les trois outils de la méthode RESEAU et la conversion des besoins en fonctions, et qui ont servi à la con struction de l’arbre fonctionnelle (fonction primaire et fonctions secondaires) sont regroupées dans le tableau 4. La liste complète de toutes les fonctions retenues sont consignées dans le tableau 4 à l’annexe 2.
Création de l’arbre fonctionnelle
Afin d’avoir une vue globale structurée des fonctions, on construit l’arbre fonctionnel qui permet de mettre en évidence les principaux sous-systèmesdu produit. L’arbre fonctionnel peut être sujet à plusieurs améliorations, néanmoins, une premièreversion de celui-ci est présentée à la figure 15.
La structure fonctionnelle
Pour valider la cohérence des fonctions de l’arbre fonctionnel, on crée, par la suite, la structure fonctionnelle de la machine pour établir des relations logiques entre les éléments d’un sous-système d’une part et les sous-systèmes eux-mêmes ’autred part. Cette dernière est réalisée en deux vues principales, soit la vue générale (figure16) et la vue détaillée (figure 17). Lorsque d’autres fonctions doivent être générées pour assurer la cohérence de la structure, on les ajoute également à l’arbre fonctionnel (cas des fonctions F78 et F79 de l’arbre fonctionnelle). Comme le montre l’arbre fonctionnelle (figure 15), les fonctions secondaires retenues constitueront nos sous-systèmes, et seront définies comme suit :
F23-Orienter le produit entre la/les source(s) et la bouteille Sous-système d’absorption/pompage du produit
F77-Contrôler le remplissage Sous-système de contrôle
F9-Stabiliser les bouteilles Sous-système de stabilisation des bouteilles
F75-Protéger les sous-systèmes Sous-système de protection/support
Figure 16: Vue générale de la structure fonctionnelle
Configuration physique
Afin d’avoir une première idée grossière de la machine, la figure 18 montre la première configuration physique qui est, en fait, l’agencement intuitif des sous-systèmes en deux dimensions. Chaque sous-système y est identifié pardes boites et positionné intuitivement de façon
à avoir une première représentation de la machine. Ce positionnement ainsi que la structure fonctionnelle vont permettre d’élaborer les interfaces et les dispositions de chacun des sous-systèmes.
Cahier des charges fonctionnelles
A ce stade certaines spécifications préliminaires uiq étaient au début très ambigües deviennent de plus en plus claire. Elles peuvent être alors quantifiées et organisées dans un cahier des charges fonctionnelles qui va servir de base pour la génération de tout ce qui est concept. Le cahier des charges reste un document évolutif, mais une première version est établie pour servir de tremplin aux étapes d’étude qui suivent (voir annexe 4).Faire cette étude conceptuelle était d’une importance capitale, car c’est à partir de là que toute étude ayant trait à la conception prend forme. A travers l’établissement d’un arbre fonctionnel qui ressort les fonctions secondaires, quatre sous-systèmes ont été établies et dont l’interaction avec les fonctions filles (dites aussi tertiaires) est validée avec une structure fonctionnelle qui détaillée. Cette dernière a permis aussi de définir les interactions entre les sous-systèmes établis de manière adéquate. A partir de là, un saut assez intuitif est fait pour établir une première configuration physique du système qui définit, en partie, la disposition des composants nécessaire pour le détail des calculs dans les étapes subséquentes et la nature des interfaces entre les sous-systèmes avant de déduire le cahier des charges fonctionnelles étayant et quantifiant les spécifications d’ingénierie servant de tremplin à la recherche et génération des concepts.
Création de l’arbre fonctionnelle
Afin d’avoir une vue globale structurée des fonctions, on construit l’arbre fonctionnel qui permet de mettre en évidence les principaux sous-systèmesdu produit. L’arbre fonctionnel peut être sujet à plusieurs améliorations, néanmoins, une premièreversion de celui-ci est présentée à la figure 15.
La structure fonctionnelle
Pour valider la cohérence des fonctions de l’arbre fonctionnel, on crée, par la suite, la structure fonctionnelle de la machine pour établir des relations logiques entre les éléments d’un sous-système d’une part et les sous-systèmes eux-mêmes ’autred part. Cette dernière est réalisée en deux vues principales, soit la vue générale (figure16) et la vue détaillée (figure 17). Lorsque d’autres fonctions doivent être générées pour assurer la cohérence de la structure, on les ajoute également à l’arbre fonctionnel (cas des fonctions F78 et F79 de l’arbre fonctionnelle). Comme le montre l’arbre fonctionnelle (figure 15), les fonctions secondaires retenues constitueront nos sous-systèmes, et seront définies comme suit :
F23-Orienter le produit entre la/les source(s) et la bouteille Sous-système d’absorption/pompage du produit
F77-Contrôler le remplissage Sous-système de contrôle
F9-Stabiliser les bouteilles Sous-système de stabilisation des bouteilles
F75-Protéger les sous-systèmes Sous-système de protection/support
Figure 16: Vue générale de la structure fonctionnelle
Configuration physique
Afin d’avoir une première idée grossière de la machine, la figure 18 montre la première configuration physique qui est, en fait, l’agencement intuitif des sous-systèmes en deux dimensions. Chaque sous-système y est identifié pardes boites et positionné intuitivement de façon
à avoir une première représentation de la machine. Ce positionnement ainsi que la structure fonctionnelle vont permettre d’élaborer les interfaces et les dispositions de chacun des sous-systèmes.
Cahier des charges fonctionnelles
A ce stade certaines spécifications préliminaires uiq étaient au début très ambigües deviennent de plus en plus claire. Elles peuvent être alors quantifiées et organisées dans un cahier des charges fonctionnelles qui va servir de base pour la génération de tout ce qui est concept. Le cahier des charges reste un document évolutif, mais une première version est établie pour servir de tremplin aux étapes d’étude qui suivent (voir annexe 4).
Conclusion
Faire cette étude conceptuelle était d’une importance capitale, car c’est à partir de là que toute étude ayant trait à la conception prend forme. A travers l’établissement d’un arbre fonctionnel qui ressort les fonctions secondaires, quatre sous-systèmes ont été établies et dont l’interaction avec les fonctions filles (dites aussi tertiaires) est validée avec une structure fonctionnelle qui détaillée. Cette dernière a permis aussi de définir les interactions entre les sous-systèmes établis de manière adéquate. A partir de là, un saut assez intuitif est fait pour établir une première configuration physique du système qui définit, en partie, la disposition des composants nécessaire pour le détail des calculs dans les étapes subséquentes et la nature des interfaces entre les sous-systèmes avant de déduire le cahier des charges fonctionnelles étayant et quantifiant les spécifications d’ingénierie servant de tremplin à la recherche et génération des concepts.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre 1 : Présentation générale & Pré-étude
1. Introduction
2. Présentation de l’entreprise
2.1. Historique
2.2. Structure hiérarchique de l’entreprise
2.3. Produits offerts
2.4. Coeur de métier et activités
2.5. Cahier des charges initiales
3. Pré-étude
3.1. Le marché
3.2. Les technologies
3.2.1. Remplissage par pompes à engrenages
3.2.2. Le remplissage par pistons volumétriques
3.2.3. Le remplissage par gravité
3.3. Choix de la technologie
3.3.1. Méthodologie
3.3.2. Implémentation
4. Conclusions
Chapitre 2 : Etude conceptuelle
Introduction
1. Rappel des spécifications préliminaires
2. Analyse et classement des besoins
4. Analyse fonctionnelle
4.1. Recherche des fonctions
4.2. Création de l’arbre fonctionnelle
4.3. La structure fonctionnelle
4.4. Configuration physique
4.5. Cahier des charges fonctionnelles
5. Conclusion
Chapitre 3
Introduction
1. Sous-système d’absorption/pompage du produit
1.1. Le cylindre
1.2. Les sources
1.3. Le système d’entrainement
2. Le sous-système de contrôle
2.1. Contrôle de force/position par servo- distributeur proportionnel
2.2. Contrôle de force/position par vanne de pression électronique
2.3. Contrôle de force/position par distributeur électropneumatique standard piloté par PWM
Conclusions
Conclusion générale
Références
ANNEXES
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