Dans un processus traditionnel de conception de produits mécaniques, l’organisation classique est la conception du produit puis son dimensionnement et enfin son optimisation. Les concepteurs prennent des risques en n’évaluant les performances du produit que dans les dernières phases du processus, et l’étape d’optimisation est bien souvent mise de côté, faute de temps ou à cause du retard pris sur les autres phases. La phase de conception préliminaire est une étape délicate car les décisions doivent y être prises dans un contexte imprécis ou peu de choses sont définies. Il n’existe pas d’outils informatiques adaptés et l’étude de plusieurs concepts multiplie les tâches routinières et les pertes de temps associées. Le concepteur prend donc des risques en réduisant le nombre de concepts développés. Le dimensionnement de produits comporte également un certain nombre de difficultés, comme un positionnement tardif dans le processus, entraînant des étapes de pré et post traitement lourdes ainsi que des simulations longues. L’analyse d’aide à la décision est prometteuse mais elle reste marginale, faute de modèles simplifiés disponibles dans les phases amont du processus de conception.Cette thèse expose la synthèse de nos travaux de recherche portant sur l’optimisation en conception de systèmes mécaniques. L’étude proposée s’intègre dans une démarche d’ingénierie hautement productive de systèmes mécaniques et comporte plusieurs facettes : conception fonctionnelle paramétrique, application d’ingénierie à base de connaissances, outils de simulation numérique et d’optimisation. Nous proposons une méthodologie permettant d’introduire au plus tôt dans le processus de conception, une étape d’optimisation couplée à des simulations d’aide à la décision, en vue d’identifier des architectures optimales inédites, présentant les meilleurs compromis vis-à-vis d’objectifs multiples relatifs au comportement mécanique. L’objectif du travail de recherche est de développer des modèles, des méthodes et des outils dédiés à la génération semi-automatique de modèles géométriques tridimensionnels multiples identifiés comme solutions les plus performantes dans un cadre de conception collaborative de produits mécaniques. Notre méthodologie est ensuite expérimentée sur plusieurs projets de conception de systèmes mécaniques relevant de la mécanique des structures, en analyses statique et dynamique. Il s’agit en particulier de la conception d’organes du véhicule de l’UTBM participant au trophée SIA. / In a traditional process of design of mechanical products, the traditional organization is the product design and the sizing and finally optimization. The designers take risks in failing to assess product performance in the final stages of the process, and the optimization step is often ignored because of time or due to delays on other phases. The preliminary design is a delicate step because decisions must be taken in a little vague or defined. There are no adequate data tools and the study of several concepts multiply routine tasks and wasted time associated. The designer is therefore taking risks by reducing the number of concepts developed. The design of products also includes a number of difficulties, such as positioning late in the process, resulting in steps of pre and post processing of heavy and long simulations. An analysis of decision support is promising but remains marginal due to lack of simplified models available in the early phases of the design process.This thesis describes the synthesis of our research on design optimization of mechanical systems. The proposed study is part of a highly productive process engineering of mechanical systems and multi-faceted: parametric functional design, application engineering knowledge base, simulation tools and optimization. We propose a methodology to introduce at the earliest in the design process, an optimization step coupled with simulations of decision support, to identify optimal architectures novel, the three best compromise vis- -vis multiple objectives related to the mechanical behavior. The objective of the research is to develop models, methods and tools dedicated to the semi-automatic generation of multi-dimensional geometric models identified as most effective solutions in a collaborative design of mechanical products. Our methodology is then tested on several projects of design of mechanical systems within the mechanical structures in static and dynamic analysis. This is especially the design of the vehicle components of the UTBM MLS participant trophy.

Dans un processus traditionnel de conception de produits mécaniques, l'organisation classique est la conception du produit puis son dimensionnement et enfin son optimisation. Les concepteurs prennent des risques en n'évaluant les performances du produit que dans les dernières phases du processus, et l'étape d'optimisation est bien souvent mise de côté, faute de temps ou à cause du retard pris sur les autres phases. La phase de conception préliminaire est une étape délicate car les décisions doivent y être prises dans un contexte imprécis ou peu de choses sont définies. Il n'existe pas d'outils informatiques adaptés et l'étude de plusieurs concepts multiplie les tâches routinières et les pertes de temps associées. Le concepteur prend donc des risques en réduisant le nombre de concepts développés. Le dimensionnement de produits comporte également un certain nombre de difficultés, comme un positionnement tardif dans le processus, entraînant des étapes de pré et post traitement lourdes ainsi que des simulations longues. L'analyse d'aide à la décision est prometteuse mais elle reste marginale, faute de modèles simplifiés disponibles dans les phases amont du processus de conception.Cette thèse expose la synthèse de nos travaux de recherche portant sur l'optimisation en conception de systèmes mécaniques. L'étude proposée s'intègre dans une démarche d'ingénierie hautement productive de systèmes mécaniques et comporte plusieurs facettes : conception fonctionnelle paramétrique, application d'ingénierie à base de connaissances, outils de simulation numérique et d'optimisation. Nous proposons une méthodologie permettant d'introduire au plus tôt dans le processus de conception, une étape d'optimisation couplée à des simulations d'aide à la décision, en vue d'identifier des architectures optimales inédites, présentant les meilleurs compromis vis-à-vis d'objectifs multiples relatifs au comportement mécanique. L'objectif du travail de recherche est de développer des modèles, des méthodes et des outils dédiés à la génération semi-automatique de modèles géométriques tridimensionnels multiples identifiés comme solutions les plus performantes dans un cadre de conception collaborative de produits mécaniques. Notre méthodologie est ensuite expérimentée sur plusieurs projets de conception de systèmes mécaniques relevant de la mécanique des structures, en analyses statique et dynamique. Il s'agit en particulier de la conception d'organes du véhicule de l'UTBM participant au trophée SIA.

Face à un durcissement des objectifs de performance Qualité-Coûts-Délais des donneurs d'ordre, à un environnement économique à faible croissance et à forte concurrence, nous constatons une baisse de compétitivité des fournisseurs français au sein de la filière automobile. L'intensification de cette concurrence leurs impose un renouvellement rapide de leurs produits à des coûts toujours plus réduits. Aujourd'hui, les processus d'ingénierie qualifiés de "reconception" représentent dans les bureaux d'études de ces fournisseurs environ 80% du temps, 20% du temps restant étant dédiés à l'innovation, processus hautement stratégique pour assurer la pérennité de l'entreprise. La conception de produits nouveaux reste au cœur des problématiques industrielles. De ce fait, le renouvellement continu de leurs gammes de produits et l'innovation deviennent dès lors indispensables. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous nous intéressons à la problématique d'ingénierie collaborative en entreprise étendue et à l'intégration des connaissances métier en conception routinière et innovante pour accélérer justement le processus de conception de produits, afin de faire des produits toujours plus robustes et dans des délais toujours plus courts. A travers différentes expérimentations conduites aussi bien en contexte académique qu'en contexte industriel, ce travail de recherche nous a amené à développer un modèle permettant d'accélérer le processus de conception de produits en réduisant les temps qui sont dédiés à la reconception. Se fondant sur le paradigme de raisonnement à partir de cas, ce nouveau modèle montre qu'il est ainsi possible de fournir un système d'aide efficace aux différents acteurs métier impliqués dans le processus de conception et de développement de produit. Ce travail montre également quelques limites au modèle arrêté et propose à cet égard des perspectives de recherche pour avancer sur le sujet.

Ces travaux de recherche concernent le domaine de l'ingénierie des connaissances pour laconception de produits et plus particulièrement les phases amont du couple produit-simulation dansle processus de conception.Au cours de ces différentes phases amont, les acteurs d'un même projet utilisent simultanément denombreuses modélisations géométriques et comportementales du produit. Ils peuvent aussi avoirrecours à plusieurs outils logiciels hétérogènes, communiquant très difficilement entre eux.Dans ce contexte, le partage des connaissances entre les différents modèles métiers apparait commeune nécessité. En effet, concevoir un produit implique une gestion des connaissances d'unegranularité fine en tenant compte de leur niveau de maturité et de leur cohérence.Le recours à de nouvelles méthodes et de nouveaux outils est alors nécessaires dans le but desoutenir l'approche globale PLM et continuer à optimiser et rationaliser le processus de conceptionde produits.Dans ce cadre, nous proposons une approche qualifiée de KCM - Knowledge ConfigurationManagement, basée sur la gestion des connaissances de granularité fine, en configurations. Cetteapproche est de nature à favoriser la collaboration entre les acteurs d'un projet, en améliorant lacapitalisation, la traçabilité, la réutilisation et la cohérence des connaissances, utiliséessimultanément dans plusieurs activités en parallèle du processus de conception.Les principaux résultats de notre travail de recherche se structurent autour de trois axes :* Une méthodologie de gestion des connaissances en configurations qualifiée de KCMethod.* Un méta-modèle, baptisé KCModel, de structuration des concepts manipulés parKCMethod.* Une maquette de faisabilité sous forme d'outil logiciel ADES, permettant d'expérimenteret valider notre approche.L'ensemble des résultats obtenus s'articule autour d'une solution logicielle de nouvelle génération,qualifiée de KCManager, permettant de déployer en entreprise l'ensemble de la démarche proposée.

Les travaux de recherche présentés adressent des problèmes de mises à jour de knowledge-based engineering templates dans le cadre de la conception de produits. La réutilisation de connaissances de conception est devenue un avantage clé pour la compétitivité des entreprises. Le savoir faire ainsi que les bonnes pratiques peuvent être stockés au sein de templates par le biais de formules, règles, scripts, etc. Ces connaissances de conception peuvent alors être réutilisées en instanciant le template. L’instanciation résulte en la création d’une instance du template dans le contexte spécifié.Dans le cadre de produit complexes et imposants tels que des voitures ou des avions, la maintenance des templates est une tache ambitieuse. Plusieurs ingénieurs de diverses disciplines travaillent ensemble et font évoluer les templates pour augmenter leurs aptitudes ou pour corriger des problèmes. De plus, dans certains cas, les modifications faites aux templates devraient être appliquées à leurs instances afin qu’elles puissent bénéficier de ces modifications. Ces problèmes ralentissent l’adoption à grande envergure des templates au sein des entreprises. L’objectif de ce travail est de proposer une approche afin d’épauler les ingénieurs dans les tâches relatives à la mise à jour des templates.Pour traiter ces problèmes, un processus adressant les tâches relatives à la mise à jour des templates est défini. Ensuite, un framework est proposé dans le but d’aider les ingénieurs de conception au cours du processus de mise à jour, en fournissant un système d’aide à la décision ainsi qu’une stratégie de mise à jour des instances. Le premier est un système conçu pour faciliter la collaboration entre les différent experts dans le but de résoudre les problèmes liés aux templates. Le second a pour but d’élaborer une séquence de mise à jour à fin d’appliquer les modifications du template à ses instances. La séquence est calculée avec les données extraites à partir des modèles CAD et des templates. Ces données sont stockées dans une ontologie conçue spécialement à cet effet. L’ontologie est utilisée pour représenter et inférer des connaissances sur les templates, les produits et leur relations. Cela facilite la construction des séquences de mises à jour en fournissant une vue d’ensemble sur les relations entre documents, même implicites. / The present Ph.D. thesis addresses the problem of knowledge-based engineering template update in product design. The reuse of design knowledge has become a key asset for the company’s competitiveness. Knowledge-based engineering templates allow to store best practices and knowhow via formulas, rules, scripts, etc. This design knowledge can then be reused by instantiating the template. The instantiation results in the creation of an instance of the template in the specified context. In the scope of complex and large products, such as cars or aircrafts, the maintenance of knowledge-based engineering templates is a challenging task. Several engineers from various disciplines work together and make evolve the templates in order to extend their capabilities or to fix bugs. Furthermore, in some cases, the modifications applied to templates should be forwarded to their instances in order that they benefit from the changes. These issues slow down the adoption of template technologies at a large scale within companies. The objective of this work is to propose an approach in order to support engineers in the template update related tasks. In order to address these issues, a process supporting the template update related tasks is defined. Then a framework is proposed that helps design engineers during the template update process by providing a decision support system and a strategy for the update of template instances. The former is a system designed to ease the collaboration between various experts in order to solve template related problems. The latter aims at providing a sequence of updates to follow, in order to forward the templates’ modifications to their instances. This sequence is computed with data extracted from models and templates, which are stored in an ontology designed for this purpose. The ontology is used to represent and to infer knowledge about templates, products and their relations. This facilitates the construction of update sequences as it provides an efficient overview of relationships, even implicit ones.

Ces travaux de recherche concernent le domaine de l’ingénierie des connaissances pour laconception de produits et plus particulièrement les phases amont du couple produit-simulation dansle processus de conception.Au cours de ces différentes phases amont, les acteurs d’un même projet utilisent simultanément denombreuses modélisations géométriques et comportementales du produit. Ils peuvent aussi avoirrecours à plusieurs outils logiciels hétérogènes, communiquant très difficilement entre eux.Dans ce contexte, le partage des connaissances entre les différents modèles métiers apparait commeune nécessité. En effet, concevoir un produit implique une gestion des connaissances d’unegranularité fine en tenant compte de leur niveau de maturité et de leur cohérence.Le recours à de nouvelles méthodes et de nouveaux outils est alors nécessaires dans le but desoutenir l’approche globale PLM et continuer à optimiser et rationaliser le processus de conceptionde produits.Dans ce cadre, nous proposons une approche qualifiée de KCM – Knowledge ConfigurationManagement, basée sur la gestion des connaissances de granularité fine, en configurations. Cetteapproche est de nature à favoriser la collaboration entre les acteurs d’un projet, en améliorant lacapitalisation, la traçabilité, la réutilisation et la cohérence des connaissances, utiliséessimultanément dans plusieurs activités en parallèle du processus de conception.Les principaux résultats de notre travail de recherche se structurent autour de trois axes :· Une méthodologie de gestion des connaissances en configurations qualifiée de KCMethod.· Un méta-modèle, baptisé KCModel, de structuration des concepts manipulés parKCMethod.· Une maquette de faisabilité sous forme d’outil logiciel ADES, permettant d’expérimenteret valider notre approche.L’ensemble des résultats obtenus s’articule autour d’une solution logicielle de nouvelle génération,qualifiée de KCManager, permettant de déployer en entreprise l’ensemble de la démarche proposée. / This research work deals with the field of knowledge engineering for product design, especially theupstream phases of the design-simulation couple in the product design process.In these phases, the project participants use many geometric and behavioural models of the productin parallel, while using multiple heterogeneous software tools, with difficulties to communicatebetween each other. However, especially in the upstream phases of the design process, designing aproduct requires sharing fine granularity knowledge between the different expert models, takinginto account their levels of maturity and consistency. Consequently, new methods and tools arethen needed in order to support the overall PLM approach and continue to optimize and streamlinethe product design process.Thus, in this research context, we propose an approach referred to as KCM – KnowledgeConfiguration Management, based on management of fine granularity knowledge in configuration.This approach is likely to improve collaboration between project participants, improvingcapitalization, traceability, reuse and consistency of the knowledge used simultaneously on severalactivities in parallel within the design process.The main results of our research are structured around three axes :· A methodology for knowledge configuration management qualified as KCMethod.· A meta-model, called KCModel, structuring concepts manipulated by KCMethod.· A model of feasibility, namely ADES software tool, allowing testing and validation ourapproach.The overall results are articulated around a next-generation software solution, described asKCManager, in order to deploy the approach proposed.