La conception amont de produits mécaniques est, à l'heure actuelle, peu outillée en logiciels (Mougenot 2008), et en particulier en structure collaborative support de l'activité des concepteurs. Cependant, elle fige à elle seule près de 80% des coûts futurs du projet (Michaels and Wood 1989). Dans ce contexte, notre recherche propose un modèle de définition d'un environnement collaboratif amont, à destination des entreprises. Elle s'appuie sur la mise en œuvre d'un protocole expérimental à base d'entretiens réalisés auprès d'utilisateurs finaux au sein d'entreprises. Cette démarche nous a permis de décrire l'activité de conception amont dans des secteurs industriels variés et de montrer que le développement et l'optimisation d'un environnement collaboratif amont reposent principalement sur des représentations intermédiaires (RI) de type "image". Il a été montré que l'identification et la numérisation des RI sont des préalables nécessaires à la définition de cet environnement, et que certaines contraintes métiers peuvent également être supportées par ces RI. Le modèle qui en découle permet de formuler des spécifications pour le développement d'un outil logiciel d'aide à la conception d'environnements collaboratifs, intégré dans un environnement PLM en conception mécanique.

Le travail collaboratif fait participer des équipes qui doivent partager et échanger l'information sur le produit tout en travaillant avec différents outils métiers. Les processus complexes de conception du produit exigent l'utilisation d'un ensemble d'outils métiers hétérogènes tels que les outils de CAO et de FAO. Notre travail de thèse propose une approche fédérée basée sur l'Ingénierie Dirigé par les Modèles pour l'interopérabilité des outils métiers. Dans ce travail nous utilisons le modèle PPO (Produit Processus Organisation) comme modèle de fédération pour l'échange et le partage d'informations. Ce travail décrit comment nous structurons la synchronisation entre outils métiers hétérogènes. Un cas d'étude est appliqué à l'outil de FAO EspritTM lui permettant d'interopérer avec l'outil de CAO SolidWorksTM à travers l'environnement collaboratif PPO.

Ce travail de recherche porte sur la conception de Logiciels libres et Open Source (LOS), vue comme une nouvelle forme d'organisation du travail basée sur : des collectifs communautaires ouverts à la participation volontaire d'utilisateurs ; un processus de conception continu ; une distribution de la conception dans trois espaces d'activité sur Internet (espaces de discussion, de documentation et d'implémentation). <br />L'apport méthodologique de ce travail consiste à analyser des traces contextuelles d'un processus de conception du projet Python, le Python Enhancement Proposal (PEP), et ceci dans des perspectives synchronique (centrée sur des discussions en ligne PEPs) et diachronique (centrée sur l'évolution d'une proposition PEP dans les trois espaces d'activité). Nous avons adopté une méthodologie originale combinant des analyses structurelles des listes de discussion du projet, l'une orientée usage et l'autre orientée conception (p.ex. représentation des discussions) à des analyses de contenu de ces listes (p.ex. activités collaboratives de conception), ainsi que des analyses des traces des espaces de documentation et d'implémentation et des entretiens.<br />Concernant l'organisation de la conception de l'artefact dans les trois espaces d'activité, nous montrons que la liste orientée usage et la liste orientée conception sont spécialisées, en termes de phases du processus de conception et d'activités qui y ont lieu. De même, nous montrons les relations qui lient les actions dans les listes (espace de discussion) avec les actions dans les deux autres espaces d'activités (implémentation, documentation). Les discussions de conception sont focalisées et marquées par des moments d'échange quasi-synchrones, traduisant la présence de règles implicites encadrant les discussions. Enfin, la répartition des activités collaboratives de conception et des séquences d'activités est similaire à celle mise en évidence dans d'autres études concernant les réunions de conception en face à face.<br />Concernant ce qui constitue le collectif de conception, nous montrons que la communauté des concepteurs de Python est constituée de réseaux de conception locaux associant des membres provenant de diverses communautés d'utilisateurs, autour d'un noyau dur de développeurs. Dans ce collectif de conception, la participation est basée sur les rôles effectivement tenus par les participants, plus que sur leurs statuts (utilisateurs vs. développeurs). Notre analyse montre que les rôles cognitifs (génération-évaluation de solutions de conception) et épistémiques (clarification) sont pris en charge par l'ensemble des participants, y compris les utilisateurs. Des profils de participants spécifiques apparaissent néanmoins. Le chef de projet et les personnes proposant les nouvelles fonctionnalités (les champions) ont un profil d'animateur du processus de conception, caractérisé par un rôle de coordination, par un rôle interactif (gestion de l'interaction) central dans les discussions, et parfois par un rôle socio-relationnel (relations interpersonnelles). Des profils d'acteurs d'interface, articulant usage et conception, apparaissent comme des participants clés pour la performance du processus de conception. Ils se caractérisent par un rôle interactif basé sur la participation croisée, entre les listes orientées usage et conception, et une position centrale dans les discussions. Ils ont également un rôle épistémique basé sur des apports de connaissances spécifiques quant aux domaines d'application de la conception, et enfin un rôle de soutien du champion de la proposition. <br />Ces résultats peuvent fonder la spécification d'outils permettant de favoriser la participation aux projets LOS, en dépassant diverses barrières (p.ex. coût temporel d'intégration dans un projet) et en soutenant la construction et le maintien de la conscience du projet (conscience du processus de conception et conscience sociale).

Ce mémoire traite de la question des annotations en environnement virtuel pour aider à la conception collaborative de produit. Pour ceci, nous nous inspirons de deux approches : d'une part l'utilisation de la réalité virtuelle pour la conception collaborative, et d'autre part la gestion des connaissances.<br />Notre premier apport est la définition d'un modèle de l'annotation 3D, qui comporte trois parties : la forme, la spatialisation et les méta-données. Nous présentons en particulier les supports spécifiques de l'annotation 3D, l'ancre et le point de vue géométrique.<br />Nous proposons, afin de gérer le grand nombre d'annotations et l'absence d'ordre canonique de lecture d'un objet 3D, l'introduction d'une ontologie indexant les annotations.<br />A l'aide de notre environnement prototype, nous avons évalué l'influence de l'utilisation de l'ontologie sur la lecture des annotations 3D. Les résultats indiquent un apport de l'ontologie, les utilisateurs trouvant plus facilement l'information pertinente.

En conception distribuée, dans la phase du dimensionnement du produit, des incohérences peuvent émerger entre les objectifs de conception et entre les procédures de travail des sous-systèmes hétérogènes. Dans cette phase, les acteurs de conception doivent collaborer d'une manière concourante, car leurs tâches sont reliées les unes aux autres par les couplages de dimensionnement entre leurs sous-problèmes. Les incohérences peuvent provoquer des conflits de conception en raison de ces couplages. La question est de savoir comment obtenir une convergence collaborative pour satisfaire les objectifs globaux et individuels des acteurs de conception lorsque ces acteurs prennent des décisions de conception sous incertitude. L'objectif de cette thèse est de proposer un modèle pour empêcher et résoudre les conflits de conception, tout en surmontant le problème de l'incertitude de la conception avec l'approche de " conception basée sur les ensembles " (SBD). Pour cela, les attitudes de conception sont modélisées avec le paradigme " Croyances-Désirs-Intentions " afin d'explorer les incohérences et gérer les conflits dans les processus de conception. L'approche ascendante conventionnelle est ainsi étendue grâce à des techniques de modélisation multi-agents. Dans cette approche, les agents de conception peuvent fixer des exigences directement sur leurs indicateurs de " bien-être ". Ces indicateurs représentent la manière dont leurs objectifs de conception sont susceptibles d'être satisfaits à un moment donné du processus. Des simulations de Monte Carlo sont effectuées pour évaluer la performance de cette approche, offrant une variété d'attitudes de l'agent. Par rapport aux approches classiques de conception ascendante et descendante, les résultats révèlent moins de conflits de conception et une intensité des conflits réduite. Les techniques de " problème de satisfaction de contraintes " (CSP) et les attitudes de conception sont appliquées pour détecter et justifier des conflits de conception entre les agents hétérogènes. Une nouvelle forme du modèle " Cooperative CSP " (CoCSP) est ainsi mise au point afin de résoudre les conflits de conception en détectant le compromis entre les contraintes. Le système de résolution des conflits peut être adopté grâce à différentes stratégies proposées qui prennent en compte l'architecture de solidarité des agents. Les résultats des simulations montrent que l'intensité des conflits en conception distribuée est réduite par la promotion de la solidarité qui déclenche une aide aux agents en souffrance.

Cette thèse est une contribution au développement du processus de conception d'instruments chirurgicaux innovants, plus particulièrement pour la conception d'instruments dans le domaine de la chirurgie minimalement invasive pour lesquels la collaboration du chirurgien et de l'ingénieur est indispensable. L'objet de recherche de cette thèse est de mieux connaître la pratique de conception dans ce domaine particulier dans le but de proposer un modèle amélioré de processus de conception. L'étude bibliographique montre l'écart important entre l'approche médicale (validation clinique) et l'approche de l'ingénierie (conception innovante). Pour combler cet écart, un moyen peut être la mise en place de nouvelles méthodes de conception permettant une étroite collaboration entre l'ingénieur et le chirurgien. Dans ce contexte, il s'agit de trouver un équilibre entre les méthodes d'ingénieries pures et les méthodes centrées utilisateurs. Nous basant sur la recherche-action comme méthode de recherche de ce travail, nous nous sommes lancés dans l'action de conception d'un instrument chirurgical innovant, le projet Protige, afin d'observer et de capturer cette expérimentation. Les différentes analyses du corpus de ce projet nous ont aidés à découvrir et identifier de nouveaux aspects du processus de conception, comme la coévolution du produit et de l'usage et le rôle de l'utilisateur expert dans le processus. Finalement, nous avons proposé une modélisations descriptive de processus de conception, incluant les concepts d'émulation et de Conception Centrée Utilisateur Expert (Expert-UCD) pour ensuite formaliser une méthode prescriptive de processus de conception pour les instruments chirurgicaux innovants. Ce modèle a été éprouvé sur un nouveau cas de conception d'un instrument pour la chirurgie minimalement invasive. Une architecture informatique a été proposée comme support de cette proposition de modèle.

La problématique centrale de la thèse est l'évaluation de l'impact de démarches utilisant la formulation de scénarios et de personnages sur les phases d'expression des besoins en conception innovante. La méthodologie de recherche mise en œuvre est une démarche empirique qui s'appuie sur l'analyse de situations de conception. Au cours du doctorat, un protocole expérimental mis en œuvre a été dupliqué trois fois dans des laboratoires partenaires. Cette recherche aboutit à un mémoire de thèse qui présente plusieurs contributions : La première contribution se situe autour de la méthodologie de recherche proposée. Le protocole d'étude empirique mis en place est original, il s'appuie sur l'état de l'art des réflexions de la communauté et sur ces démarches de recherche, et proposes des éléments nouveaux à cette réflexion en conciliant approches quantitatives et qualitatives. La seconde contribution porte sur la caractérisation de l'impact des méthodologies étudiées sur la construction d'une représentation partagée du problème de conception et de la formalisation des exigences de conception. Enfin la troisième contribution porte sur l'analyse des interactions dans les activités de conception étudiées. Les analyses identifient et qualifient les impacts des méthodes étudiées sur le contenu des interactions dans les phases amont de la conception.

La problématique centrale de la thèse est l'évaluation de l'impact de démarches utilisant la formulation de scénarios et de personnages sur les phases d'expression des besoins en conception innovante. La méthodologie de recherche mise en œuvre est une démarche empirique qui s'appuie sur l'analyse de situations de conception. Au cours du doctorat, un protocole expérimental mis en œuvre a été dupliqué trois fois dans des laboratoires partenaires. Cette recherche aboutit à un mémoire de thèse qui présente plusieurs contributions : La première contribution se situe autour de la méthodologie de recherche proposée. Le protocole d'étude empirique mis en place est original, il s'appuie sur l'état de l'art des réflexions de la communauté et sur ces démarches de recherche, et proposes des éléments nouveaux à cette réflexion en conciliant approches quantitatives et qualitatives. La seconde contribution porte sur la caractérisation de l'impact des méthodologies étudiées sur la construction d'une représentation partagée du problème de conception et de la formalisation des exigences de conception. Enfin la troisième contribution porte sur l'analyse des interactions dans les activités de conception étudiées. Les analyses identifient et qualifient les impacts des méthodes étudiées sur le contenu des interactions dans les phases amont de la conception. / In this study, we are more concerned with the early stages of the new product design: the product definition phase. The fundamental purpose of this phase is to gather right kind of information in a way that allows the formalization of stakeholder needs into a set of requirements. Literature review on this phase shows the difficulty to elicit needs of so called intended users and have a shared understanding of their requirements between design actors. To overcome these obstacles, support methods can be used. However, the appropriateness and effectiveness of the various methods is unknown. Our assumption in this research project is that scenarios and personas can be used as support methods to handle above-mentioned obstacles. An experiment is designed and conducted in a laboratory environment in order to test this assumption. The question of whether they have an impact on the creation of shared understanding between design actors is discussed under two sub-categories: perspective clarification and convergence to a common perspective. On the other hand, their impact on the elicitation of the intended user requirements is observed under three sub-categories: requirement elicitation, capture of the design rationale and creation of the empathy. Some qualitative and quantitative indicators are proposed to evaluate these impacts. Based on the analysis of seven observed collaborative design sessions, the findings of research study are discussed. The results points out that the major impact of these methods is that they evoke empathy for the intended users. In the groups that these methods are used the discussions are also richer regarding to the number of different needs are addressed. Moreover, these methods are also promising to keep the trace of design rationale. However design actors have tendency to accept them just as communication support, rather than documentation one. As a communication support they help design actors to clarify their arguments, to negotiate and to take decisions. However, the findings were not adequate to conclude that they have a significant impact on the perspective clarification and convergence. Hence, the main contribution of this research lies from one part in the evaluation of the impacts of these methods in requirement elicitation activity. And, in other part description of a research approach, which guides the experimental study in engineering design.

En conception distribuée, dans la phase du dimensionnement du produit, des incohérences peuvent émerger entre les objectifs de conception et entre les procédures de travail des sous-systèmes hétérogènes. Dans cette phase, les acteurs de conception doivent collaborer d’une manière concourante, car leurs tâches sont reliées les unes aux autres par les couplages de dimensionnement entre leurs sous-problèmes. Les incohérences peuvent provoquer des conflits de conception en raison de ces couplages. La question est de savoir comment obtenir une convergence collaborative pour satisfaire les objectifs globaux et individuels des acteurs de conception lorsque ces acteurs prennent des décisions de conception sous incertitude. L'objectif de cette thèse est de proposer un modèle pour empêcher et résoudre les conflits de conception, tout en surmontant le problème de l'incertitude de la conception avec l'approche de « conception basée sur les ensembles » (SBD). Pour cela, les attitudes de conception sont modélisées avec le paradigme « Croyances-Désirs-Intentions » afin d'explorer les incohérences et gérer les conflits dans les processus de conception. L'approche ascendante conventionnelle est ainsi étendue grâce à des techniques de modélisation multi-agents. Dans cette approche, les agents de conception peuvent fixer des exigences directement sur leurs indicateurs de « bien-être ». Ces indicateurs représentent la manière dont leurs objectifs de conception sont susceptibles d'être satisfaits à un moment donné du processus. Des simulations de Monte Carlo sont effectuées pour évaluer la performance de cette approche, offrant une variété d'attitudes de l'agent. Par rapport aux approches classiques de conception ascendante et descendante, les résultats révèlent moins de conflits de conception et une intensité des conflits réduite. Les techniques de « problème de satisfaction de contraintes » (CSP) et les attitudes de conception sont appliquées pour détecter et justifier des conflits de conception entre les agents hétérogènes. Une nouvelle forme du modèle « Cooperative CSP » (CoCSP) est ainsi mise au point afin de résoudre les conflits de conception en détectant le compromis entre les contraintes. Le système de résolution des conflits peut être adopté grâce à différentes stratégies proposées qui prennent en compte l'architecture de solidarité des agents. Les résultats des simulations montrent que l'intensité des conflits en conception distribuée est réduite par la promotion de la solidarité qui déclenche une aide aux agents en souffrance. / In the product dimensioning phase of a distributed design, inconsistencies can emerge among design objectives as well as among working procedures of heterogeneous subsystems. In this phase, design actors which compose subsystems must collaborate concurrently, since their works are linked to each other through dimensioning couplings among their sub-problems. Inconsistencies through these couplings yield thus to design conflicts. The issue is how to obtain a collaborative convergence to satisfy the global and individual objectives of design actors when making design decisions under uncertainty. The objective of this dissertation is to propose a model for preventing and resolving design conflicts in order to obtain a collaborative convergence, while overcoming the design uncertainty through Set-based Design (SBD). Design attitudes are modeled with Belief-Desire-Intention paradigm to explore inconsistencies and manage conflicts in design processes. The conventional bottom-up approach is thus extended through agent-based attitude modeling techniques. In this approach, design agents can set requirements directly on their wellbeing values that represent how their design targets are likely to be met at a given moment of the design process. Monte Carlo simulations are performed to evaluate the performance of this approach, providing a variety of agent attitudes. Compared to conventional bottom-up and top-down design approaches, the results reveal a fewer number of design conflicts and a reduced aggregated conflict intensity. Constraint satisfaction problem (CSP) techniques and design attitudes are both applied to detect and justify design conflicts of heterogeneous design agents. A novel cooperative CSP (CoCSP) is developed in order to resolve design conflicts through compromising constraint restriction. The conflict resolution system can be adopted for different proposed strategies which take into account the solidarity architecture of design agents. The simulation results show that while promoting solidarity in distributed design by helping agents that suffer, the conflict intensity is reduced, and better design results are obtained.

La conception de systèmes multi-physiques impliquant des ingénieurs de différentes disciplines (mécanique, électronique, physique des capteurs, etc.), et plus particulièrement les systèmes destinés à l'exploitation dans des conditions sévères (sous contraintes dimensionnelles, chocs et vibrations, supportant des températures élevées et des hautes pressions), soulève de nombreuses questions difficiles dans la conception de systèmes complexes. Ces produits hautement intégrés sont caractérisés par de multiples flux fonctionnels passant par des composants communs. Les attendu très élevé des différents ingénieurs peuvent sur-contraindre les modules architecturaux, ainsi que les connections et les performances de certaines fonctions. Cette intégration de fonctions multi-physiques dans les produits de taille limitée qui opèrent dans des conditions sévères résulte d’une interaction intense entre les paramètres de conception et de fonctionnalités attendues. Dès qu'un paramètre de conception est modifié, les performances de plusieurs fonctions peuvent être affectées. Cela est dû au degré élevé d'optimisation des performances et le fait que plusieurs fonctions font partie du flux de processus résultant d'une seule composante. En outre, certaines disciplines peuvent être plus contraintes que d'autres selon le challenge que représentent l’atteinte des performances données et le concept considéré. Ci-après, nous nous référons aux modules architecturaux, aux connexions et aux disciplines comme des objets contraignables. Aujourd'hui, sans aucun outil de prédiction permettant de localiser ces aspects qui sont susceptibles d'être fortement contraints, les conséquences peuvent être dramatiques. Par exemple, la gestion de projet dans l'industrie pétrolière est souvent responsable de dérives inacceptables pour le cout du projet et son planning pouvant aller jusqu'à l’échec du projet.Dans notre étude, nous proposons d'enrichir sémantiquement des représentations conventionnelles de la complexité du produit. Nous utilisons une matrice DSM (Design Structure Matrix) pour représenter les connexions physiques dans les alternatives de concepts, une matrice DMM (Domain Mapping Matrix) pour relier les fonctions avec l'architecture, et une matrice Maison de la Qualité – QFD (Quality Function Deployment) d'une façon non conventionnelle, afin de propager la vision des ingénieurs sur les performances des composants comme la traditionnelle «voix du client». Notre première contribution concerne l'enrichissement de ces représentations. Nous enrichissons la représentation DSM par une typologie de connexion physique, permettant un éventail d’alternative à un stade de la conception. Pour une connexion, l'information donnée sur la nature des difficultés susceptibles est incorporée dans un modèle de données. Nous enrichissons la représentation DMM par la description du flux fonctionnel au travers des modules architecturaux. Nous adaptons la méthode QFD pour capturer la voix de disciplines impliquée dans le projet; cet enrichissement ontologique des données de conception rend plus facile le management des conflits en conception de systèmes multi-physiques. Dans cet objectif, sept tableaux de bord sont proposés à l'équipe de conception comme des outils utiles pour converger à partir d'un ensemble de configurations architecturales potentielles vers une architecture unique. Ce processus de convergence est supporté par la nécessité d'éviter les contraintes trop fortes sur certaines disciplines, cet équilibre est réalisé par la propagation des contraintes de conception dans le système. Les sept tableaux de bord sont organisés en deux vecteurs: le vecteur d'ambition et le vecteur de difficulté. Le vecteur d’ambition indique le degré de liberté dans l'exploration de l'espace de conception de l'architecture. Le vecteur difficulté offre des informations heuristiques sur la nature et les niveaux de la difficulté à atteindre les objectifs de performance. [...] / MultiGphysics systems design, including the design of mechatronics systems, involvings designers in different disciplines (e.g., mechanics, electronics, physics of sensors, etc.), particularly design for systems intended for operation in severe conditions (withstanding shocks, vibrations, high temperatures, and high pressures in limited dimensions), raises many of the challenging issues in the design of complex systems. Consequently, highly integrated products are characterized by multiple functional flows passing through common components. Very high performance requirements from the different designers may over-constrain architectural modules, as well as connections, and the performance of some functions. The integration of multi-physics functions within products of limited size that operate in severe conditions results in an intense" interaction between design parameters and expected functionality. As soon as a design parameter is changed, the performance of several functions may be impacted. This is due to a high degree of performance optimization and the fact that several functions are part of the functional flow stemming from a single component. In addition, some disciplines may be more constrained than others, depending upon given performance challenges and the concept architecture being considered. Hereafter, we refer to architectural modules, connections and disciplines as constrainable objects. Today, with no prediction tool for locating the aspects that are likely to be highly constrained, consequences may be dramatic. For instance, project management for systems in the oil industry is often responsible for unacceptable additions to project overhead costs and project timelines for a project that may simply fail in the end. In our study, we propose to semantically enrich conventional representation models of product complexity.We use a design structure matrix (DSM) to represent admissible architecture connections and dependency configurations, a domain mapping matrix (DMM) to link functions and architecture, and quality function deployment (QFD), in a non conventional way, in order to propagate the designers aims for performance of the components more than the traditional voice of the customer. We enrich DSM representations with a physical connection typology, allowing a range of choices at an early design stage For a given connection, information regarding the nature of likeldesign difficulties is incorporated into a data model. We enrich DMM representations with functional flow sequencing along the architectural modules. We adapt the QFD method to capture the voice of the engineering disciplines involved in the project this ontological enrichment of design data makes it easier to envision and manage design challenges for multiGphysics systems. Seven design assessment cards are proposed to the design team as meaningful tools used to converge from a set of potential architectural configurations toward single architecture. This convergence process is driven by the necessity of avoiding highly constrained constrainable objects, achieved by balancing and spreading the design constraints throughout the system. The seven assessment cards are organized into two major design quality vectors: the ambition vector and the difficulty vector. The ambition vector indicates degrees of freedom in exploration of the architecture design space. The difficulty vector offers heuristic information on the nature and levels of the difficulties in meeting performance targets. The resulting method, which we call the multi-physics design scorecard" (MPDS), was applied to the design of a power electronics controller (PEC), a regulator board involving three sectors: mechanics, electronics, and packaging. Data gathering and implementation of theMPDSmethod took the design team just one day. The method immediately generated improved architectures, guaranteeing at the same time a more robust further design process.