Les évolutions des enjeux environnementaux et de la réglementation Européenne impliquent que la conception des produits automobiles s'appuie sur des évaluations environnementales des solutions de natures " systémiques ". L'ACV est la seule approche véritablement reconnue pour mesurer la performance environnementale des systèmes, en identifiant les étapes et les activités les plus polluantes sur l'ensemble de leur cycle de vie. Les résultats d'ACV permettent donc de prendre des mesures ou d'établir des stratégies de réduction des impacts environnementaux dès la phase de conception, en fournissant un retour d'expérience sur les solutions techniques évaluées. Pour ce faire, l'ACV doit être réellement intégrée et exploitée en temps réel dans le processus de conception. Cette condition est le seul moyen de " garantir " une " réelle et efficace " prise en compte de la performance environnementale des nouveaux produits dans les prises de décisions de conception. En effet, puisque une part importante de ces décisions revient aux concepteurs, l'implication de ces derniers dans l'évaluation environnementale est incontournable pour disposer d'un maximum d'espace d'éco-conception innovante. L'ACV dans sa forme normalisée et commercialisée s'avère cependant trop complexe pour être directement intégrée dans le processus de conception. Les difficultés majeures se posent sur l'appropriation même de l'outil par les concepteurs et sur son intégration dans le processus de conception. Nous avons développé et expérimenté durant cette thèse, au sein de l'équipementier Faurecia, une nouvelle méthodologie permettant d'opérationnaliser l'ACV en conception. Elle repose sur trois principes. Le premier principe porte sur une standardisation des hypothèses et du périmètre de la modélisation ACV pour un système produit dans une même entreprise. Le second principe consiste en une restitution du profil environnemental d'un produit sans passer par la modélisation ACV, grâce à une approche fictive par des "fonctions d'impacts". Le troisième principe vise à la simplification de l'interprétation des résultats d'ACV par les concepteurs, en réduisant le nombre de critères à prendre en compte et en facilitant leur compréhension grâce à la création d'un référentiel par familles de produits.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la modélisation des familles de produits. Ces travaux se placent fondamentalement dans le domaine de l'Ingénierie Intégrée ou du Concurrent Engineering et portent sur la conception intégrée modulaire de famille de produits, ils sont une suite des travaux développés au LAB par l'équipe Méthodologie de l'Assemblage. Dans ce mémoire, nous proposons une modélisation de famille de produits s'appuyant sur des concepts de modularité, les grammaires de graphe et sur les transformations matricielles. <br />Dans le chapitre 1, nous présentons les concepts et les problèmatiques liés aux nouvelles formes et organisation de conception ainsi que l'orientation de nos travaux.<br />Le chapitre 2 présente les concepts liéa à l'architecture modulaire. Des principes d'organisation d'une architecture de famille de produits sont proposés.<br />Le chapitre 3 utilise les grammaires de graphe pour la modélisation de familles de produits. Cet outil a le double avantage de s'appuyer sur une formulation mathématique et des représentations graphiques. Son choix pour la modélisation d'une famille de produits se justifie car il permet de mettre en évidence les liaisons complexes entre les modules et les composants de la famille, ceci à travers la manipulation de la génération des variantes. Le développement et l'application du modèle sur une étude de cas industrielle démontrent le potentiel apporté par ce type de modélisation. <br />Le chapitre 4 contribue à une réflexion sur la complexité en conception par une approche matricielle. A partir d'une analyse structurelle des familles de produits, nous proposons des matrices de décomposition reliant les exigences fonctionnelles aux composants génériques constants, partiels et variants. A partir d'un exemple, nous montrons comment structurer les solutions technologiques associées aux fonctions sous forme de matrices diagonales par bloc. Chacun de ces blocs peut être vu comme un module d'une famille de produits et permet de regrouper les solutions technologiques associées à la fonction de ce module. Cette représentation permet de traduire le passage du fonctionnel à l'organique.

Les évolutions des enjeux environnementaux et de la réglementation Européenne impliquent que la conception des produits automobiles s’appuie sur des évaluations environnementales des solutions de natures « systémiques ». L’ACV est la seule approche véritablement reconnue pour mesurer la performance environnementale des systèmes, en identifiant les étapes et les activités les plus polluantes sur l’ensemble de leur cycle de vie. Les résultats d’ACV permettent donc de prendre des mesures ou d’établir des stratégies de réduction des impacts environnementaux dès la phase de conception, en fournissant un retour d’expérience sur les solutions techniques évaluées. Pour ce faire, l’ACV doit être réellement intégrée et exploitée en temps réel dans le processus de conception. Cette condition est le seul moyen de « garantir » une « réelle et efficace » prise en compte de la performance environnementale des nouveaux produits dans les prises de décisions de conception. En effet, puisque une part importante de ces décisions revient aux concepteurs, l’implication de ces derniers dans l’évaluation environnementale est incontournable pour disposer d’un maximum d’espace d’éco-conception innovante. L’ACV dans sa forme normalisée et commercialisée s’avère cependant trop complexe pour être directement intégrée dans le processus de conception. Les difficultés majeures se posent sur l’appropriation même de l’outil par les concepteurs et sur son intégration dans le processus de conception. Nous avons développé et expérimenté durant cette thèse, au sein de l’équipementier Faurecia, une nouvelle méthodologie permettant d’opérationnaliser l’ACV en conception. Elle repose sur trois principes. Le premier principe porte sur une standardisation des hypothèses et du périmètre de la modélisation ACV pour un système produit dans une même entreprise. Le second principe consiste en une restitution du profil environnemental d’un produit sans passer par la modélisation ACV, grâce à une approche fictive par des «fonctions d’impacts». Le troisième principe vise à la simplification de l’interprétation des résultats d’ACV par les concepteurs, en réduisant le nombre de critères à prendre en compte et en facilitant leur compréhension grâce à la création d’un référentiel par familles de produits. / Developments in environmental issues and European regulations require that the design of automotive products is based on a "global and systemic environmental assessments” of technical solutions. LCA (Life Cycle Assessment) is the only truly recognized approach for measuring the environmental performance of systems, by identifying the critical steps and the most polluting activities throughout their life cycle. The LCA results enable then taking action or developing strategies to reduce environmental impacts from the design phase, providing feedback on the evaluated technical solutions. To do this, LCA must be truly integrated and operated in “real time” in the design process. This condition is the only way to "guarantee" a "real and effective" consideration of the environmental performance of new products in design decisions. Since a significant part of these decisions belong to the design team, their involvement in the environmental assessment is essential to have a maximum space for eco-innovative design. LCA in its standard and marketable form is too complex to be directly integrated into the design process. Several difficulties arise regarding mainly the tool appropriation by the design team and its integration into the design process. We have developed and tested during this thesis, with the automotive supplier Faurecia a new methodology to operationalize the LCA in the design phase. It stands on three principles. The first principle deals with standardization of assumptions and the scope of the LCA modeling for a product in the same company. The second principle is returning the environmental profile of a product without going through the LCA modeling, through a fictional approach by "functions of impact". The third principle is to simplify the interpretation of LCA results by the design team, by reducing the number of criteria to consider and facilitate their understanding by creating an environmental system of reference per range of product.

En adoptant un point de vue utilitariste du consommateur sur certains produits orientés service, nous avons d'abord contribué à la proposition d'un modèle de contextes d'usage que se doit de couvrir au mieux un produit. Le modèle conduit à une meilleure intégration des analyses de marketing et d'ingénierie de la conception amenant à une optimisation d'un produit paramétré plus orientée vers les besoins du marché ou à un meilleur étagement d'une famille de produits. Nous proposons une série d'indices qui révèlent l'adéquation entre les usages couverts par un produit de dimensions données ou une famille de produits donnée avec un espace d'usages cible qu'il s'agit de couvrir dans sa totalité ou en partie mais d'une manière suffisamment dominante par rapport à la concurrence. En premier lieu, l'indice de couverture d'usage (UCI) pour un produit unique est introduit par la cartographie du produit relativement à un ensemble d'utilisateurs représentatifs définis par des usages attendus. Sur cette base, l'UCI pour une famille de produits est construite pour évaluer la composition de la famille et la redondance des produits qui la composent. Les avantages par rapport à la traditionnelle estimation de la demande en marketing sont de réduire la complexité de l'enquête et de l'analyse des données et de pouvoir estimer le niveau de compétitivité d'une offre innovante sans nécessiter de retour d'expérience du marché. Nous expérimentons nos propositions sur un problème de reconception d'une famille de scies sauteuses. L'approche proposée permet d'évaluer l'adaptabilité, pour une famille de produits de tailles croissantes, à divers scénarios dans le contexte d'usage d'un marché cible. Les concepteurs peuvent s'appuyer sur les résultats pour éliminer les produits redondants au sein d'une famille. Des configurations de produits de tailles croissantes peuvent aussi être rapidement simulées et comparées de manière à aboutir à une famille minimale de produits idéalement étagée.

En adoptant un point de vue utilitariste du consommateur sur certains produits orientés service, nous avons d'abord contribué à la proposition d’un modèle de contextes d’usage que se doit de couvrir au mieux un produit. Le modèle conduit à une meilleure intégration des analyses de marketing et d’ingénierie de la conception amenant à une optimisation d'un produit paramétré plus orientée vers les besoins du marché ou à un meilleur étagement d'une famille de produits. Nous proposons une série d'indices qui révèlent l'adéquation entre les usages couverts par un produit de dimensions données ou une famille de produits donnée avec un espace d'usages cible qu’il s’agit de couvrir dans sa totalité ou en partie mais d'une manière suffisamment dominante par rapport à la concurrence. En premier lieu, l'indice de couverture d’usage (UCI) pour un produit unique est introduit par la cartographie du produit relativement à un ensemble d’utilisateurs représentatifs définis par des usages attendus. Sur cette base, l'UCI pour une famille de produits est construite pour évaluer la composition de la famille et la redondance des produits qui la composent. Les avantages par rapport à la traditionnelle estimation de la demande en marketing sont de réduire la complexité de l'enquête et de l'analyse des données et de pouvoir estimer le niveau de compétitivité d’une offre innovante sans nécessiter de retour d’expérience du marché. Nous expérimentons nos propositions sur un problème de reconception d’une famille de scies sauteuses. L'approche proposée permet d'évaluer l'adaptabilité, pour une famille de produits de tailles croissantes, à divers scénarios dans le contexte d'usage d'un marché cible. Les concepteurs peuvent s'appuyer sur les résultats pour éliminer les produits redondants au sein d'une famille. Des configurations de produits de tailles croissantes peuvent aussi être rapidement simulées et comparées de manière à aboutir à une famille minimale de produits idéalement étagée. / Adopting a utilitarian viewpoint of consumers on some service-oriented goods, we have first contributed to the proposal of a usage contexts model that a product should cover at most. The model leads to a higher integration of design engineering and marketing analyses which results in a more market-oriented optimization of a parameterized product or a better sampling of a product family. We propose a series of usage coverage indices that reveal the adequacy of a dimensioned product or a given product family to a targeted usage space to cover in its whole or for a part but sufficiently in a dominant way compared to competing products. First, the Usage Coverage Index (UCI) for single product is introduced by mapping the given product with a set of representative users defined by expected usages. On that basis, the UCI for a product family is constructed to evaluate the composition and redundancy of the family. The advantage compared to traditional demand estimation in marketing research is to reduce the complexity of survey and data analysis and to assess the competitiveness level of an innovative service offer without needing any return of experience from the market. We experiment our proposals on a jigsaw product family redesign problem. The proposed analysis approach helps to evaluate the adaptability, for a given scale-based product family, to diverse usage context scenarios in a target market. Designers can rely on the results to filter out redundant products within a family. Scale-based configurations of the products can also be rapidly simulated and compared to find out an appropriate sampled series of products.

La conception de variété (ou diversité) de produit est un processus essentiel pour atteindre le niveau de flexibilité requis par la personnalisation de masse. Pendant le processus de conception de la variété, les clients et les experts sont impliqués dans la définition de la meilleure solution. Par conséquent, la compréhension des liens entre les connaissances provenant de ces différents domaines, i.e. client, produit, processus est devenue nécessaire. Dans cette thèse, nous nous intéressons en particulier à la formalisation de ces connaissances. En effet, même si plusieurs efforts ont étés accomplis dans le domaine de la représentation de la connaissance, la pensée logiciste (i.e. utilisation de méthode à base de logiques formelles) reste la base de la majeure partie des travaux sur la formalisation de la connaissance. Des réflexions appropriées sur l’utilisation des logiques peuvent montrer les risques d’ambiguïté de la représentation: l’utilisation de la logique conduit souvent à une représentation sujette à plusieurs interprétations, i.e. une représentation ambiguë. Une représentation avec cette caractéristique ne répond pas à l’exigence de bien comprendre les liens entre les différentes connaissances impliquées dans la conception de la variété. Notre travail s’intéresse, donc, au développement d’un cadre de modélisation de la connaissance de conception basé sur l’anti-logicisme. Les travaux sur les systèmes développés à partir des principes de cette école de représentation de la connaissance montrent à travers des applications concrètes dans les domaines de la robotique ou des systèmes multi-agents que les comportements intelligents peuvent être obtenus sans une représentation de la connaissance basée sur les logiques. Ce cadre permet de développer une variété de produit-processus à partir d’une clientèle définie au départ. Finalement, un critère pour comparer les différentes alternatives de variété générées est aussi proposé. Une méthode pour instancier le cadre de modélisation sur un logiciel de CAO 3D a été développée. De plus, un prototype pour utiliser les modèles de connaissance avec un solveur mathématique a été conçu et développé. Les propositions ont été testées sur un cas d’étude industriel, i.e. batterie froide d’un appareil de réfrigération. Ce test a permis de discuter les avantages et les limites de nos propositions / The product variety design is an essential process in order to deal with the flexibility requested by the mass-customisation. During the product variety stage, customers and expert are involved in the definition of the best variety. Therefore a deep understanding of the links between knowledge coming from the customer domain, product domain and process domain is needed. In this thesis the research focus is on the formalisation of this knowledge. Indeed, even if many efforts are present in the knowledge representation literature, logics are always used to build these links. But appropriate reflections about the use of logics can lead to recognise the risk of ambiguity of the representations, i.e. more than one interpretation of the same represented object are possible. This ambiguity would make the represented knowledge not appropriate for the product variety design. In this work, we propose a framework for the knowledge representation based on the anti-logicism. Since the samples of anti-logicist systems (e.g. multi-agents, robots) have shown an intelligent behaviour without a representation based on logics, we use the principles the anti-logicism to propose our knowledge representation framework. A knowledge representation framework that allows to connect the customer requirements to the manufacturing process parameters is proposed. The core feature of the models based on this framework is the non-ambiguity. Indeed, each piece of knowledge that composes the model can be interpreted in one unique way. This feature allows the perfect collaboration between customer, product engineers and process engineering during the variety design stage. Once the pieces of knowledge coming from different domains are integrated in one model, the framework explains how to generate alternatives of product-process variety by starting from a given customer set. Finally a criterion to compare the different generated alternatives of product-process variety is proposed. A method to instantiate the framework on a 3D CAD has been developed. Moreover, a prototype that uses the knowledge model along with a mathematical solver to propose the best variety has been developed. The impact of the framework on the selection process and on the design process of a customisable product (i.e. water coil) is tested. The test of the instantiation and the prototype allows to show the advantages and the limit of the proposals

Le travail de thèse présenté dans ce mémoire porte sur des méthodes d'optimisation pour la conception conjointe des nomenclatures d'une famille de produits et de sa chaîne logistique. Dans les milieux industriels comme dans les services, le contexte commercial très concurrentiel oblige les entreprises à diversifier leurs offres pour mieux répondre aux demandes de leurs clients. La gestion de cette diversité est alors une problématique centrale : comment proposer une large variété de produits pour satisfaire les besoins des clients tout en maîtrisant les coûts de production, d'inventaire et de logistique ? Les réponses à ce problème relèvent des disciplines habituellement séparées : la conception des produits, la production et la logistique. Si une majorité des approches existantes traitent ces problématiques de façon séquentielle, l'interdisciplinarité apparaît cependant comme un élément essentiel dans la gestion de la diversité. L'objectif de cette thèse est de chercher comment améliorer les interactions entre la conception de familles de produits et l'optimisation des réseaux logistiques en proposant une étape de conception intermédiaire et en développant des outils mathématiques, avec un intérêt particulier porté aux problématiques de développement durable.

Le travail de thèse présenté dans ce mémoire porte sur des méthodes d'optimisation pour la conception conjointe des nomenclatures d'une famille de produits et de sa chaîne logistique. Dans les milieux industriels comme dans les services, le contexte commercial très concurrentiel oblige les entreprises à diversifier leurs offres pour mieux répondre aux demandes de leurs clients. La gestion de cette diversité est alors une problématique centrale : comment proposer une large variété de produits pour satisfaire les besoins des clients tout en maîtrisant les coûts de production, d'inventaire et de logistique ? Les réponses à ce problème relèvent des disciplines habituellement séparées : la conception des produits, la production et la logistique. Si une majorité des approches existantes traitent ces problématiques de façon séquentielle, l'interdisciplinarité apparaît cependant comme un élément essentiel dans la gestion de la diversité. L'objectif de cette thèse est de chercher comment améliorer les interactions entre la conception de familles de produits et l'optimisation des réseaux logistiques en proposant une étape de conception intermédiaire et en développant des outils mathématiques, avec un intérêt particulier porté aux problématiques de développement durable. / This PhD thesis addresses the problem of joint bills-of-materials and supply chain design for a product family. In industry as well as in services, the highly competitive business environment obliges companies to diversify their offers to meet the demands of their customers. Then, managing diversity is a central issue: how to offer a wide variety of products to meet customer needs while controlling costs of production, inventory and logistics? Answers to theses problems are usually in separate disciplines: product design, production and logistics. If most of existing approaches tackle these problems sequentially, interdisciplinarity, however, appears as a key aspect of diversity management. The objective of this thesis is to investigate how to improve the interaction between product families design and supply chain optimization and to develop mathematical tools, with a focus on sustainable development.

Les approches conventionnelles pour la génération de processus de fabrication sont inefficaces pour gérer la complexité induite par la variété des produits et la dynamique de fabrication. La génération des processus de fabrication reconfigurables (RPP) est une nouvelle méthode de CAPP qui vise à générer des processus de fabrication pour une famille de produits / pièces. Cette thèse vise à apporter une contribution majeure aux modèles de représentation et aux méthodes de génération permettant la génération des processus de fabrication reconfigurables à deux niveaux de granularité : famille de produits et famille de pièces. Les approches proposées pour le RPP sont compatibles avec une extension du concept de famille de produits / pièces qui est défini en utilisant le concept de domaine. Un modèle pour une variété fonctionnelle de produit / pièce basé sur des entités est développé afin de représenter les informations nécessaires à la gestion des processus reconfigurables en utilisant des techniques modulaires. Des modèles mathématiques et des modèles de représentation sont proposés pour décrire le processus de fabrication reconfigurable à deux niveaux de granularité. Sur la base des modèles de représentation, les méthodes de génération et les algorithmes sont ensuite détaillés dans ce cadre. En outre, un cadre global est proposé pour décrire comment les modèles et les méthodes proposés collaborent pour gérer la variété de produit / pièce et la dynamique de fabrication. Pour illustrer la faisabilité des modèles et méthodes proposés, deux familles de pompes (l’une à engrenage et l’autre à huile) sont utilisées à titre d'exemples illustratifs tout au long de ce mémoire de thèse. / Conventional manufacturing process planning approaches are inefficient to handle the process planning complexity induced by product variety and manufacturing dynamics. Reconfigurable process planning (RPP) is an emerging CAPP approach targeting to the generation of process plans for a product/part family. This thesis aims to give major contributions to the representation models and generation methods to support reconfigurable process planning at two granularity levels: product family and part family. The proposed approaches for RPP are compatible with an extended concept of product/part family which is defined by using the concept of “domain”. A feature-based product/part variety model is developed to represent the required information for RPP by using modular and platform-based techniques. Mathematical models and graph-based representation models are proposed to describe the reconfigurable process plan at two granularity levels. Based on the representation models, the generation methods and algorithms are then developed for RPP. In addition, a global framework is proposed to describe how the proposed RPP models and methods work together to handle the product/part variety and manufacturing dynamics. To test the feasibility of the proposed models and methods, a gear pump family and an oil pump body family are used as illustrative examples throughout this thesis.

Ce mémoire constitue une synthèse de nos activités de recherche, d'animation scientifique, d'enseignement et de responsabilité pédagogique entre 1998 et 2008. <br />Depuis une dizaine d'années, les concepteurs de systèmes mécatroniques doivent satisfaire des exigences de plus en plus sévères et nombreuses. Pour cela, ils doivent créer des solutions qui tendent à se complexifier, pour porter de multiples fonctions de service ou intégrer les dernières technologies innovantes. La conception d'un système mécatronique passe par la conception architecturale qui réalise l'identification de l'architecture du système. Cette activité requiert l'implication d'un métier émergent et stratégique : l' "architecte système". En même temps que l'ingénierie technique, l'architecte système doit assurer l'ingénierie organisationnelle de la conception, c'est-à-dire, définir une organisation adéquate du système de conception. Ce double rôle est critique lors de la phase de conception préliminaire, car les décisions prises auront un impact fort sur les performances de l'ensemble du projet.<br />La finalité de nos travaux est de développer des modèles, méthodes et outils d'aide à la décision permettant de supporter les activités à la fois technique et organisationnelle d'un architecte système. L'originalité majeure de notre projet réside dans le couplage que nous recherchons entre les architectures du système-produit, du système-projet et du système de compétences de conception.<br />Nous avons structuré nos contributions selon trois thématiques et répondu aux questions suivantes :<br />T1 - Identification d'une architecture modulaire du produit : comment identifier une architecture modulaire ? Comment modéliser l'architecture d'une famille de produits et générer la diversité ?<br />T2 - Organisation du système de conception : comment constituer des équipes compétentes ? Comment piloter les systèmes de compétences ? <br />T3 - Co-conception des architectures produit-projet : Comment propager des évolutions des modules du produit vers l'organisation du système de conception ? Comment coupler l'architecture du produit et l'organisation du système de conception ?<br />Des perspectives sont proposées propres aux deux thématiques majeures de notre projet (T1 et T2), ainsi que quatre extensions possibles : <br />1) Vers une conception collaborative consciente,<br />2) Vers une performance durable du système de conception,<br />3) Vers un système agile de systèmes de conception,<br />4) Vers une conception intégrée de systèmes micro-mécatroniques.