La thèse présentée ici s'attache à répondre au manque de formalisation de la TRIZ. Cet objectif répond au manque scientifique permettant de reconnaître la TRIZ en tant que théorie ; et de proposer un outil informatique d'assistance à la formulation des problèmes, selon les cadres de la TRIZ, enjeu industriel reconnu. <br />La méthode déployée s'appuie sur les outils de l'Intelligence Artificielle pour construire une ontologie de la formulation des problèmes en conception inventive de systèmes techniques, selon les cadres de la TRIZ. Cette ontologie est une représentation centrée-objet des concepts liés à la formulation des problèmes. Cette représentation est validée par une analyse, en logique de description, de la cohérence de la hiérarchisation des concepts et de leur bonne définition. L'opérationnalisation du modèle s'appuie sur la programmation d'une interface d'instanciation. Cette interface est basée sur un moteur de systèmes experts à base de règles.

La thèse traite des problèmes d'invention où les solutions des méthodes d'optimisation ne satisfont pas aux objectifs des problèmes à résoudre. Les problèmes ainsi définis exploitent, pour leur résolution, un modèle de problème étendant le modèle de la TRIZ classique sous une forme canonique appelée "système de contradictions généralisées". Cette recherche instrumente un processus de résolution basé sur la boucle simulation-optimisation-invention permettant d'utiliser à la fois des méthodes d'optimisation et d'invention. Plus précisément, elle modélise l'extraction des contractions généralisées à partir des données de simulation sous forme de problèmes d'optimisation combinatoire et propose des algorithmes donnant toutes les solutions à ces problèmes. / The thesis deals with problems of invention where solutions optimization methods do not meet the objectives of problems to solve. The problems previuosly defined exploit for their resolution, a problem extending the model of classical TRIZ in a canonical form called "generalized system of contradictions." This research draws up a resolution process based on the loop simulation-optimization-invention using both solving methods of optimization and invention. More precisely, it models the extraction of generalized contractions from simulation data as combinatorial optimization problems and offers algorithms that offer all the solutions to these problems.

Une des caractéristiques les plus frappantes de la conception inventive est le fait qu’évaluer des solutions peut se révéler être plus difficile que de les trouver. Avoir des idées est inutile si celles-ci sont rejetées à un stade précoce. Dans de nombreuses évaluations qualitatives et méthodes sélectives, les critères d’évaluation sont généralement constitués à partir des besoins de conception qui sont fortement influencé par les préférences ou l’expérience des décideurs. Afin de tirer parti de l’inventivité d’une entreprise en octroyant des chances supplémentaires quant à des concepts possibles, cette thèse présente des approches et des outils d’aide à l’évaluation et à la sélection de concepts de solution obtenus dans le cadre de la Méthode de Conception Inventive. Les contributions de cette thèse peuvent servir comme outils d’aide à la conception et à la prise de décision. / One of the most striking characteristics of inventive design is that evaluating solutions may prove to be more difficult than finding them. Having good ideas is useless if they are rejected at an early stage. In many existing qualitative evaluation and selection methods (see design model), evaluation criteria are usually taken from the design requirement, which is strongly influenced by customer preferences or decision makers’ experience. In order to leverage inventiveness of a company through additional chances of feasible concepts. This thesis presents approaches and support tools to evaluate and select Solution Concepts obtained from Inventive Design Method (IDM) framework. The contributions in this thesis can be used as a decision-making aid and tool.

[...] Le sujet de cette thèse intervient dans le cadre du projet DEFI et vise à caractériser la notion d'Efficience Inventive en Conception afin d'élaborer des moyens de mesure de cette dernière. L’objectif étant à terme d’aboutir à l'adoption d’indicateurs aidant les entreprises à situer leurs capacités inventives en R&D. Par la suite, les entreprises ayant adopté ces indicateurs pourront, le cas échéant, entamer des actions d'évolution de leurs pratiques afin que la valeur de ces indicateurs évolue dans le sens recherché. Aux vues de la diversité des typologies d’entreprises et l’ampleur d’un tel sujet, notre recherche est focalisée sur les projets de conception de produits au sein des départements R&D de l’industrie automobile. Afin de mener cette recherche et définir les indicateurs de l’efficience inventive, nous avons étudié dans un premier temps les critères inhérents à la conception inventive. Selon nos travaux, la mesure de la performance inventive est corrélée à l’efficience inventive et doit considérer son efficacité par des caractéristiques ciblées, l’étude des connaissances impliquées et des ressources consommées. Notre mesure de l’efficience inventive est aussi basée sur l’analyse des flux des connaissances en jeu tout au long du processus d’innovation technologique, et particulièrement dans la phase de pré-développement. Elle analyse la relation entre ce qui est reçu et ce qui est appliqué ou consommé par rapport à l’inventivité. La mesure de l’inventivité est alors basée sur l’évaluation de l’idéalité, la nouveauté et l’utilité de ce qui sort du processus de conception de produit. L’ensemble des méthodes d’évaluation développées dans ce travail pour chaque critère d’inventivité, et l’efficience inventive, sont intégrés dans un système d’évaluation concret nommé IDPMS (Inventive Design Performance Measurement System) destiné à aider les directeurs des projets de la conception de produit et R&D à observer la performance inventive des équipes projet, et tenter d’améliorer les activités inventives. Donc, ce travail se catégorise dans le domain des sciences de l’ingénieur. Depuis plus de deux décennies, notre laboratoire (le LGéCo) travaille à la construction, d’abord théorique, puis déclinée en méthodes et outils, de nouvelles approches destinées à accompagner les mutations industrielles de l’ère de la qualité vers l’ère de l’innovation. A cet égard, cette thèse fournira un chaînon manquant : celui qui concerne l’évaluation, et la mesure de ce qui caractérise l’amont de l'innovation afin d’aider les entreprises à entrer, par rapport à ces dernières, en logique de performance. / [...] This thesis was defined in the DEFI project to characterize the notion of efficiency in Inventive Design, and develop the metrics of inventive-design. The objective of this proposal is to define inventive performance indicators to enhance the creative capacity in the automotive industry. The research is focused on the NPD projects of R&D department, which are known as the responsible of technological evolutions. In this respect, the main elements of design performance, and the main criteria of inventiveness are studied and merged together. The inventive performance of a R&D team is concerned with the efficiency of their activities to create inventive designs when they apply existing knowledge, and/or use creative resources. This analyzes the relationship between what is received and what is applied or consumed to achieve higher inventiveness degree. The measures of inventiveness are based on the evaluation of novelty, resourcefulness, and usefulness of what comes out from design activities. All the evaluation methods developed in this work are integrated into a concrete system as IDPMS (Inventive Design Performance Measurement System), and an initial version of the IDPMS application is developed, by which R&D and project managers can observe the inventive performance of their NPD projects. So this work is categorized in Engineering Science for specifying performance indicators of inventive design activities. In recent years, our laboratory (LGeCo) focused on developing theoretical methods, then appropriate tools to accompany the industrial changes from the era of quality to the era of innovation. In this regard, this thesis provides the missing link of this effort by evaluating the main characteristics of inventions in engineering level to help companies enter into a logic performance along their innovation projects.

L’objectif de ce travail de thèse est de développer une méthodologie d’extraction de connaissances à partir de brevets pour aider les concepteurs dans la phase de résolution de problèmes industriels. La méthodologie est fondée sur trois piliers : la définition, la recherche / analyse et l’innovation. La définition exhaustive de la fonction principale du système industriel cible le champ de recherche et permet la récupération de mots clés initiaux grâce à une analyse approfondie de l’existant. La recherche itérative des brevets se base sur la décomposition fonctionnelle et sur l’analyse physique. L’analyse intègre la décomposition fonctionnelle énergétique pour déceler les énergies, les flux fonctionnels transmis et les phénomènes physiques impliqués dans le processus de conversion énergétique afin de sélectionner des effets physiques potentiellement pertinents. Pour délimiter le champ d’exploration nous formulons des requêtes de recherche à partir d’une base de données de mots clés constituée par des mots clés initiaux, des mots clés physiques et des mots clés technologiques. Une matrice des découvertes basée sur les croisements entre ces mots clés permet le classement des brevets pertinents. La recherche des opportunités d’innovation exploite la matrice des découvertes pour déceler les tendances évolutives suivies par les inventions. Les opportunités sont déduites à partir de l’analyse des cellules non pourvues de la matrice des découvertes, de l’analyse par tendances d’évolution et du changement de concept par la substitution du convertisseur énergétique. Nous proposons des tendances d’évolution construites à partir de lois d’évolution de la théorie TRIZ, d’heuristiques de conception et de règles de l’art de l’ingénieur. Un cas d’application concernant l’étude d’évolution et la proposition de nouveaux systèmes de séparation de mélanges bi-phasiques en offshore profond met en valeur la méthode. / The aim of this thesis work is the development of a methodology for knowledge extraction from patents to assist design engineers in the industrial problem-solving phase. The methodology is based on three pillars: definition, search / analysis and innovation. A comprehensive definition of the main function of the industrial system delimits the research field and allows the retrieval of initial keywords through a detailed analysis of what is currently available. The iterative patent search is based on functional decomposition and physical analysis. The analysis phase uses energy functional decomposition to identify energies, transmitted functional flows and physical phenomena involved in the energy conversion process in order to select potentially relevant physical effects. To delineate the exploration field we formulate search queries from a keywords database composed by initial, physical, and technological keywords. A discovery matrix based on the intersections between these keywords allows the classification of pertinent patents. The research for innovation opportunities exploits the discovery matrix in order to decipher the evolutionary trends followed by inventions. Opportunities are deduced from an analysis of the discovery matrix empty cells, an analysis of the evolution trends, and from changing the concept by energy converter substitution. We propose evolution trends constructed from the evolution laws of TRIZ theory, design heuristics, and rules of the art of the engineering. An application case concerning the study of the evolution and the proposal of innovative biphasic separation systems in deep offshore highlights the method.

Les brevets d’invention titres de propriété industrielle confèrent à leurs titulaires le monopole de l’invention brevetée. On peut y trouver une sorte d’historique de l’évolution de l’artefact. Dans ce contexte le concepteur est très souvent amené à faire des recherches dans les documents de brevets afin de bénéficier des connaissances qui y sont contenues en vue de structurer le processus inventif. Développée pour assister les concepteurs dans leur démarche d’innovation, la Méthode de Conception Inventive (MCI), s’inscrit dans le modèle de la dialectique. La MCI a précisé les concepts entrant en jeu dans la description des évolutions des systèmes techniques et des artefacts. Ces items intéressent bien souvent les concepteurs et sont essentiels à la compréhension du problème sous-jacent et à la collecte de toutes les caractéristiques sur lesquelles on peut agir ; et de l’effet de leurs variations sur l’artefact. Cette thèse consiste d’abord à analyser le document de brevet d’un point de vue linguistique, afin d’en connaitre la typologie. Il s’agit, ensuite, de repérer dans le document de brevets les connaissances susceptibles d’être utiles à la MCI et à les formaliser sous forme de programme informatique. L’approche que nous proposons est issue du text-mining. Elle est à base de marqueurs linguistiques et utilise des patrons lexico-syntaxiques issus du domaine du traitement automatique des langues. Cette méthode d’extraction des concepts utiles à la MCI permet l’établissement d’une sorte de cartographie initiale des évolutions passées et possibles des caractéristiques de l’artefact. L’intérêt est en outre de faciliter grandement l’analyse préliminaire des connaissances relative au dit artefact. / Patents are industrial property titles that give their holders a monopoly over the patented invention. It is possible to find a sort of history of the evolution of the artifact. In this context the designer often like to do research in patent documents in order to benefit from the knowledge contained inside to structure the inventive process. Developed to assist designers in their innovation approach, the Inventive Design Method (IDM) is part of the pattern of dialectic. IDM has clarified the concepts at stake in the description of the evolution of technical systems and artifact. These items often interest designers and are essential to understanding the underlying problem and collecting of all features on which to act; and the effect of variations on the artifact. This thesis, firstly, deals with patent document analysis from a linguistic point of view, in order to know its typology. Then, it is possible to identify in the patent document, the knowledge likely to be useful to IDM and formalize it as a computer program. The approach proposed in this paper is based on text mining techniques. It uses a method based on linguistic markers using lexical and syntactic patterns from the field of natural language processing. This method of extraction of useful concepts for IDM allows the establishment of a kind of initial mapping of past and possible changes in the future of the artifact characteristics. The interest is also to greatly facilitate the preliminary analysis of knowledge on the said artifact.

L'expérience joue un rôle crucial dans la résolution de problèmes. Dans les activités inventives de résolution de problèmes, l’expérience est composée de deux parties : l’une est le savoir-faire spécifique acquis dans la pratique de la résolution de problèmes passés, l’autre est la connaissance supplémentaire provenant d’autres domaines dans lesquels la résolution de problèmes a déjà été acquise et est utilisée pour résoudre. Cette thèse propose une nouvelle façon de résoudre des problèmes d’invention en capitalisant l’expérience tirée d’activités de résolution de problèmes antérieures. La première contribution est basée sur l'utilisation du raisonnement à partir de cas pour collecter et accéder rapidement aux expériences. La deuxième contribution consiste à proposer une nouvelle façon de classer les effets physiques basé sur l'utilisation de Wikipédia. Pour mettre en œuvre l'approche proposée dans la thèse, une application Web appelée CBRID (Raisonnement à partir de cas pour la Conception Inventive) est développée. Par ailleurs, nous avons mené une série d’expériences pour évaluer notre approche en termes d’efficacité et d’efficience. / Experience plays a crucial role in the resolution of problems. When in inventive problem solving activities, experience is composed of two parts: one is the specific know-how knowledge acquired in the practice of solving previous problems, the other is the additional knowledge from other domains where the problem solver is previously acquired and is used for problem solving. This thesis aims at proposing a new way to solve new inventive problems by capitalizing experience obtained from past problem solving activities. The first contribution is based on the use of the case-based reasoning for collecting and rapidly accessing the experiences. The second contribution consists in proposing a new way to classify the physical effects using Wikipedia. To implement the proposed approach, a web-based application called CBRID (Case-based reasoning for Inventive Design) is developed. A particular case of ''cloth hanger'' is studied to illustrate the problem solving process based on the proposed approach. In addition to that, we conducted a set of experiments to evaluate our approach in terms of effectiveness and efficiency.