Les stratégies de Recherche et Développement (R&D) au sein des entreprises s'orientent aujourd'hui vers l'amélioration de la productivité du processus de développement des produits mécaniques. L'implication des différents acteurs métiers, dans toutes les phases de développement, devient critique pour maintenir les facteurs de compétitivité. Ce constat est en cohérence avec la récente stratégie de gestion du cycle de vie des produits (PLM), qui propose une gestion intégrée de l'ensemble des informations et des processus liés au produit, sur la totalité de son cycle de vie, dans un contexte d'entreprise étendue. Des approches, qualifiées d' " ingénierie intégrée " et " concourante ", ont émergées au carrefour des approches de conception routinière et conception innovante. Ceci a permis l'intégration des contraintes des métiers situés en aval, au plus tôt dans les processus de développement. Ce travail de thèse s'inscrit dans les domaines de la conception intégrée et de la gestion des informations techniques, plus particulièrement centrée sur le couple des informations produit-process. Celui-ci consiste à la mise en place d'une méthodologie baptisé Fabrication Based On Knowledge (FaBK) visant à aider le développement des produits, à l'aide des applications de Knowledge Based Engineering (KBE) dans une démarche de conception orientée pour la fabrication (DFM). Nous avons réalisé des expérimentations au sein d'une entreprise du secteur automobile, afin de valider notre proposition de méthodologie sur des produits tels que des conduits d'air d'un véhicule, et des procédés de fabrication tels que la soudure plastique.

Dans le contexte concurrentiel actuel, les entreprises issues des secteurs automobile et aéronautique doivent impérativement mettre en place, de manière efficace, des stratégies d'ingénierie intégrée et de gestion de cycle de vie des produits, ceci afin de maintenir leurs facteurs de compétitivité, tels que la productivité, l'efficacité et la flexibilité, en particulier en phase de début de cycle de vie des produits (développement et industrialisation). Dans ce contexte, une condition industrielle nécessaire est requit pour l'intégration des contraintes liées aux différentes phases du cycle de vie du produit au sein du processus de développement avec le support de systèmes permettant la gestion des données-informations-connaissances. Dès lors, il est important d'apporter, le plus tôt possible, une aide à la décision en ingénierie, afin de fournir un produit se prêtant aux problématiques liées aux phases de son cycle de vie. Ce travail de thèse s'inscrit dans les domaines de la conception intégrée et de la gestion des informations techniques, plus particulièrement centrée sur le produit et sa séquence d'assemblage. Celui-ci a consisté à la mise en place d'un modèle multi-vues baptisé MUlti-Vues Orienté Assemblage (MUVOA) visant à cartographier les concepts dans les domaines du produit et du processus d'assemblage pour la définition, la propagation et la traçabilité des informations du couple produit-process. Un ensemble de vues interdépendantes (fonctionnelle, comportementale, structurelle, géométrique, technologique et contextuelle) a été défini en fonction des profils (rôle, préoccupation, termes métier, processus métier, etc.) des acteurs métier impliqués dans les questions de conception orientée assemblage, à savoir l'architecte produit, le gammiste, le concepteur et l'expert process. Sur la base de ce modèle MUVOA, un cadre méthodologique baptisé Proactive ASsembly Oriented DEsign (PASODE) a été proposé, ceci afin de définir une séquence d'assemblage optimale dans les phases préliminaires du processus de développement, et de l'utiliser pour définir un contexte d'assemblage à base de squelettes dans la vue géométrique produit. De ce fait, le cadre méthodologique PASODE proposé regroupe trois approches, telles que : l'approche basée sur l'algorithme ASDA (Assembly Sequence Definition Algorithm) dédiée à la définition/planification de séquences d'assemblage en phases préliminaires du processus de développement des produits, l'approche SKL-ACD (SKeLeton-based Assembly Context Definition) dédiée la définition d'un contexte d'assemblage à base de squelettes géométriques, et l'approche PRM (Product Relationships Management) dédiée à la gestion des relations du produit à différents niveaux d'abstraction en contexte PLM. Le modèle MUVOA ainsi que le cadre méthodologique PASODE ont été mis œuvre dans un outil informatique appelé PEGASUS, situé à l'interface des systèmes PLM (Product Lifecycle Management) associés à la gestion des informations techniques du couple produit-process, tels que les systèmes PDM (Product Data Management), MPM (Manufacturing Process Management) et CAO (Conception Assistée par Ordinateur). Cette implémentation informatique, basée sur la méthode Modèle Vue - VueModèle et le langage C#, nous a permis de réaliser trois expérimentations industrielles, afin d'illustrer et de valider les trois approches du cadre méthodologique. Parmi les cas d'applications, nous avons introduit un cas de conception d'un combiné Catalyseur – Filtre à Particules en collaboration avec l'entreprise Faurecia Technologies de Contrôle des Emissions (ECT), la conception de la partie structurelle d'un avion de type A320 en collaboration avec l'entreprise EADS Innovation Works, et un dernier cas avec l'entreprise MABI sur la conception d'un marteau burineur pneumatique.

Les travaux exposés dans ce mémoire portent sur la conception de l'architecture de conduite des systèmes automatisés de production. Ils ont été développés au sein du Laboratoire Universitaire de Recherche en Production Automatisée (LURPA - EA 1385). Il s'agit de travaux prospectifs dont l'objectif est de construire un cadre méthodologique formel de conception et d'évaluation d'architectures.<br /><br />La première partie est consacrée à l'exposé du cadre méthodologique retenu et comporte quatre chapitres dans lesquels sont successivement abordés :<br /><br /> * la problématique générale de la conception d'architectures de conduite, ainsi qu'une revue des \travaux scientifiques dans le domaine,<br /> * la présentation générale de la méthode proposée avec le point de vue des activités de conception, d'évaluation et de choix d'architecture,<br /> * la présentation détaillée de la construction d'architecture avec cette fois le point de vue des différents modèles produits,<br /> * la présentation détaillée d'évaluation et de choix de l'architecture retenue avec encore une fois le point de vue des modèles d'évaluation. <br /><br />La seconde partie du mémoire est destinée à préciser et à valider par l'exemple la méthode proposée. Pour ce faire, nous l'avons appliquée à la conception de l'architecture de conduite d'un poste de lance ment d'un transfert libre. Le plan de cette étude suit de manière ordonnée la démarche que nous avons présenté dans la première partie.

Ce travail propose une méthode de conception des mécanismes basée sur une décomposition hiérarchique des tâches de synthèse. Parmi les tâches identifiées, nous nous intéressons à celle qui effectue le choix et le dimensionnement optimal des " Dispositifs Technologiques assurant les liaisons mécaniques ". Ces DTLM sont des features de haut niveau qui possèdent tous les attributs nécessaires à un traitement indépendant. La recomposition du système peut cependant révéler des conflits entre les liaisons. La synthèse d'ensemble est exprimée sous la forme d'un problème d'optimisation hiérarchique pour lequel nous proposons plusieurs méthodes de résolution dont une méthode d'optimisation collaborative. Nous présentons un outil d'assistance qui, couplé à un logiciel de CAO commercial, nous a permis de valider les concepts. Des exemples illustrent notre propos

Le contexte de globalisation et la volonté de mettre au plus vite sur le marché les produits ou services obligent les entreprises à intégrer des unités délocalisés dès la phase de conception. Cette intégration de domaines très différents rend de plus en plus complexe le processus de conception. Les différents acteurs doivent alors pour collaborer introduire leurs propres contraintes en juste besoin. Ils doivent pour cela pouvoir travailler sur leurs propres vues dans un système multi-acteur mais aussi multidisciplinaire. Nous montrons dans cette étude comment le système de conception collaborative proposé permet de résoudre les problèmes de complexité imaginaire et facilite l'approche de problèmes de complexité réelle. Le développement d'un système collaboratif de conception de meubles réalisés en panneaux de fibres ou de particules permet de manière pragmatique de valider notre approche. Ce système intègre un designer, ou styliste, proposant en esquisse les formes et les principales dimensions d'un meuble répondant à un cahier des charges. Un technologue, un spécialiste des assemblages, un mécanicien et un homme de production permettent progressivement de réaliser les choix technologiques adéquats, de dimensionner les différents éléments en tenant compte de critères de qualité et d'évaluer le coût final d'obtention du produit.

Ce travail de thèse s’inscrit dans un contexte d’intégration des contraintes de désassemblage dans la conception modulaire des produits manufacturés. Ce contexte est caractérisé par une collaboration pluridisciplinaire où un nombre très important d’informations est utilisé, manipulé et échangé. Pour ce faire, la contribution de ce travail consiste en :• La définition d’un modèle multi-vues orienté désassemblage permettant une représentation et l’exploitation des informations associées aux domaines du produit et du processus de désassemblage et en conséquence, une aide à l’intégration.• La définition d’un cadre méthodologique permettant de prendre en compte les problématiques de désassemblage dès la phase préliminaire de conception modulaire de produits manufacturés. Ce cadre méthodologique vise à :o Faire intervenir les différents acteurs concernés par les problématiques de désassemblage au moment le plus opportun et en particulier lors de la phase de conception préliminaire.o Définir une architecture modulaire d’une famille de produits. Un algorithme dédié au développement des modules de composants qui sont utilisés dans la conception d’une famille de produits est proposé.o Générer les séquences de désassemblage en phase préliminaire de conception. Un algorithme de définition des séquences de désassemblage admissible d’une famille de produits prenant en compte l’architecture modulaire est proposé.o Faire une optimisation multi-objective des séquences de désassemblage admissibles pour identifier la séquence de désassemblage optimale en fonction des critères imposés (critères fonctionnels, géométriques,…).o Apporter un contexte de désassemblage à l’architecte produit et au concepteur. Les informations issues de la séquence de désassemblage sont considérées afin de définir un contexte de désassemblage qui servira de base aux concepteurs pour identifier la géométrie du produit.Le modèle et le cadre méthodologique sont validés par l’expérimentation sur différents produits. À titre d’exemple, ils sont illustrés sur la conception de différentes familles de produits.Mots clés : Modèle multi-vues, Conception modulaire, séquence de désassemblage, Optimisation multi-objective. / This thesis work fails with in context of the integration of disassembly constraints into the modular design of manufactured products. This context is characterized by a multidisciplinary collaboration where a large deal of information is used, handled and exchanged. To this end the contribution of this work is:• The definition of a multi-view model oriented disassembly allowing representation and exploitation of information associated with the areas of product and disassembly process and consequently integration assistance.• The definition of methodological framework allowing taking into account the disassembly issues from the preliminary phases of modular design of manufactured products. This methodological framework aims to:o Involve different stakeholders by disassembly issues at the most appropriate time and in particular during the preliminary design phase.o Define a modular products family. An algorithm dedicated to the development of the component modules that are used in the design of a family of products is proposed.o Generated disassembly sequences in the preliminary design phase. An algorithm for defining the eligible disassembly sequences of products by taking into account the modular architecture is proposed.o Perform a multi-objective optimization of the eligible disassembly sequences in order to identify the optimal one. The uncertainties inherent in the disassembly area as well as functional and geometric criteria are taken into consideration in order to find the optimal disassembly sequence thus providing a generic structure of a family of products.o Provide the disassembly context to the product architect and the product designer. The information from the disassembly sequence is considered to define a disassembly context as a basis for designers to identify the geometry of the product.The model and the methodological framework are validated by experiments on different products. They are illustrated in the design of different products family.Keywords: Multi-view model, Modular design, Disassembly sequence, Multi-objective Optimization.

Toute action naturelle crée de l'énergie perdue qui pourrait être exploitée pour alimenter nos appareils électriques et mobiles. Nos environnements physiques disposent d'un nombre élevé de micro-sources d'énergies ; certes chacune est de faible puissance, mais leur multiplicité pourrait s'avérer significative, notamment dans le cadre du fonctionnement de microsystèmes. C'est le principe précédent qui a conduit nos travaux sur la problématique de la conception de microsystèmes autonomes. Ainsi, pour être innovante, l'ingénierie de microsystèmes doit à la fois s'appuyer sur la culture de l'électronique, de la mécanique mais aussi de l'énergétique. Le processus de conception est fortement pluridisciplinaire et son efficacité réside dans la capacité à mettre en oeuvre des méthodologies et des outils : - de conception collaborative, - de capitalisation des connaissances techniques, - d'ingénierie multi-physique, - d'ingénierie intégrée. Sur le base de ces fondamentaux, nous avons développé un outil d'aide à la conception. La méthodologie sous-jacente permet : 1- l'analyse et la structuration d'un problème de conception d'un microsystème autonome : cette phase conduit l'identification, la description fonctionnelle et environnementale du système et de son environnement. 2- la modélisation des connaissances : une analyse architecturale conduit à la description des composants et des interactions liées au microsystème (directement ou indirectement) puis à la modélisation des comportements, 3- la qualification énergétique et le couplage physique : la réutilisation structurée des modèles de connaissances est pilotée pour coupler les modèles physiques et décrire les sources, les puits et les mécanismes énergétiques des environnements, 4- la conduite de la recherche de concepts innovants : la base de connaissances, les critères de qualification et la description fonctionnelle préalablement construits sont agencés dans une seule méthode de conception virtuelle pour rechercher des concepts de solutions innovants, 5- le pré-dimensionnement : tout en assurant l'intégration des outils spécialisés de simulation (méthode des éléments finis et simulation fonctionnelle), le prédimensionnement de microsystèmes autonomes est supportée selon un schéma synthétique, assurant un raisonnement abductif (ou bottom-up). La conjonction des raisonnements physiques, l'intégration des méthodes et des cultures métiers, l'exploration virtuelle des espaces de solutions et la modélisation constituent les bases d'un nouveau moyen d'aide à la conception de microsystèmes autonomes. Cette approche a été déployée pour la conception d'un capteur piézoélectrique autonome.

La conception des microproduits est une activité multidisciplinaire faisant fréquemment appel à la mise en oeuvre de plusieurs principes physiques couplés. Différents acteurs interviennent au cours du processus de conception du produit : spécialistes des principes physiques mis en oeuvre, experts des procédés de fabrications, etc. Ces acteurs doivent collaborer selon les principes de la conception intégrée dans le but de concevoir un produit performant tout au long de son cycle de vie. Le concept de modèle-produit a été développé dans le cadre de la conception d'un "macro" produit, pour permettre l'intégration de l'ensemble des expertises métiers intervenant sur le cycle de vie du produit. Il nous semble donc pertinent d'évaluer dans quelle mesure ce concept pourrait convenir pour la conception de microproduits. Après avoir souligné les limites des modèles existants, la difficulté de les utiliser pour supporter l'étroite collaboration entre les experts des différents principes physiques mis en oeuvre et la gestion des couplages multiphysiques, nous présentons les concepts nécessaires à l'élaboration d'un modèle dédié aux microproduits. Le modèle mis en place et son application à la conception de deux microproduits (un MEMS switch RF et un système microfluidique) sont finalement présentés.

L’économie de marché est classiquement basée sur la vente de produits. Pourtant, au cours des dernières décennies, la compétitivité accrue dans une économie mondialisée et la raréfaction des ressources a conduit les entreprises industrielles des pays développés à réorienter leurs offres de produits par l’intégration de services. Le concept de Système Produit-Service (SPS) fait référence à cet ensemble commercialisable de produits et services, capables de répondre ensemble à un besoin utilisateur. Les SPS soulèvent beaucoup d’intérêt pour la réduction des pressions environnementales parce qu’ils font évoluer le paradigme classique de production et consommation de masse vers de nouveaux mécanismes de création de valeur. La recherche sur les SPS accorde beaucoup d’importance à leur « potentiel » pour la réduction des impacts environnementaux ainsi qu’à la nécessité de concevoir les SPS comme des ensembles « intégrés » de produits et services. Néanmoins, un important manque de réel support à la conception et à l’éco-conception de SPS est à noter. Cette thèse cherche à combler ce manque en proposant un cadre conceptuel pour la conception intégrée de SPS. Son rôle est d’assister l’intégration de produits et de services durant la conception de SPS jusqu’aux phases les plus détaillées en permettant la communication entre les ingénieurs produits et les concepteurs de services. Un cadre pour la conception intégrée de SPS est proposé, basé sur une approche système et permettant sa modélisation multi-vues. Un cadre d’évaluation environnemental lui est couplé pour évaluer, au cours de la conception, les impacts environnementaux générés durant le cycle de vie du SPS. L’applicabilité du cadre conceptuel est testée sur un cas industriel de SPS pour la fourniture d’énergie pneumatique. / Classical business economy is based on the sale of products. However, during the last decades, the increasing competition in the globalized economy and the resources rarefaction has led manufacturing companies in developed countries to re-orient their business towards integration of services in their product offers.The Product-Service System (PSS) concept is used to depict the resulting marketable set of products and services capable of jointly fulfilling a user’s need. PSS raise many interests for the reduction of the environmental pressure because they evolve the classical paradigm of mass production and consumption towards new mechanisms of value creation.In the PSS research field, a strong emphasis is put on their “potential” for decreasing the environmental impacts and on the necessity to design PSS as “integrated” sets of products and services. However, there is an important lack of effective support for PSS design and eco-design.This thesis aims at filling this gap by proposing a conceptual framework for PSS integrated eco-design. Its role is to support integration of products and services during PSS design until the most detailed phases by allowing communication between product engineers and service designers.A framework for PSS integrated design is proposed based on a system-based approach and allowing multi-views system modelling. An environmental evaluation framework is coupled to evaluate during design the environmental impacts generated over the PSS life cycle. The applicability of the conceptual framework is tested on an industrial case of a pneumatic energy delivery PSS.

La quatrième révolution industrielle confronte les organisations industrielles aux défis importants de l'innovation manufacturière, défis auxquelles les entreprises tentent de faire face en utilisant des approches de la planification stratégique de la production (PSP). Les niveaux de risque et d'incertitude intrinsèquement liés aux activités de PSP sont motivés par la nécessité de réagir à la pression en matière d'innovation qui augmente rapidement dans les entreprises industrielles, en particulier dans les secteurs axés sur la technologie tels que l'automobile. L'impact de l'innovation dans la fabrication sur les performances mondiales d'innovation de l'entreprise est plus élevé que jamais, donc il est nécessaire de passer à la prochaine étape de la PSP traditionnelle.Dans ce contexte, cette thèse propose une approche méthodologique structurée à la PSP qui repose principalement sur l'utilisation systématique de la créativité et de l'expérience d'un vaste réseau d'employés pour établir un modèle intégré pour un processus de PSP basé sur les feuilles de route technologiques.En partant d'une analyse systématique des exigences à un tel processus à partir de la littérature scientifique et des expériences pratiques, les concepts de la conception intégrée sont utilisés afin de proposer un modèle de processus générique pour PSP. Partant du niveau des mégatendances, ce modèle de processus guide les parties prenantes venants de diverses unités organisationnelles à un niveau très concret des fiches de projet placés dans la feuille de route d’'innovation de l'organisation. Le processus de base repose sur des phases succinctes de réflexion divergente et créative et de consolidation convergente et ciblée pour la prise de décision. Grâce à une approche d'orientation structurée, le processus aide les parties prenantes à atteindre le niveau de description du projet à partir du niveau de la mégatendance dans seulement trois cycles de réflexion divergente et convergente, assurant ainsi l'efficacité et la faisabilité pratique du processus. Des indicateurs de performance clés innovants sont proposés pour mesurer les performances des processus et permettre leur amélioration continue.La faisabilité et l'efficacité du modèle de processus proposé ont été validées avec succès auprès du fournisseur automobile de premier rang ZF Friedrichshafen AG en Allemagne, en tenant pleinement compte du contexte, des exigences et des contraintes spécifiques de cette entreprise. / The fourth industrial revolution confronts industrial organizations with fundamental challenges to manufacturing innovation which companies attempt to face by employing strategic planning approaches. The high levels of risk and uncertainty intrinsically linked to such planning activities are driven by the necessity of reacting to the rapidly increasing innovation pressure exerted on manufacturing companies, in particular in technology-driven sectors such as automotive. Since the impact of innovation in manufacturing on the company’s global innovation performance is higher than ever before, there is a need for taking traditional production planning to the next level.In this context, this thesis attempts to provide a key contribution to the creation of a structured methodological approach to strategic production planning that is based on systematically leveraging the creativity and experience of a vast, diverse network of employees to establish an actionable, living integrated process for manufacturing-driven innovation roadmapping.Departing from a systematic analysis of requirements to such a process both from literature and practice, concepts from integrated design research and practice are used to propose a generic process model for strategic production planning supported by a technology roadmapping approach. This process model has been designed in such a way that it guides stakeholders from various organizational units through the creative planning process from the rough level of megatrends to the very concrete level of actionable projects positioned in the organization’s innovation roadmap. The basic process relies on subsequent phases of divergent, creative thinking and convergent, focused consolidation for decision-making. Through a structured guidance approach, the process helps stakeholders reach the project description level from the megatrend level in only three cycles of divergent and convergent thinking, thereby assuring the process’ efficiency and practical feasibility. Innovative key performance indicators are proposed for measuring process performance and enabling its continuous improvement.The proposed process model’s feasibility, effectiveness and efficiency were successfully validated at the German automotive tier-1 supplier ZF Friedrichshafen, fully taking into account the company’s specific context, requirements and constraints.