Conception de produits innovants: proposition d une méthode pour favoriser la synergie entre le designer et l ingénieur

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1 Conception de produits innovants: proposition d une méthode pour favoriser la synergie entre le designer et l ingénieur Kindlein Wilson.Jr. *, Ngassa Armand ** **Univeristité Federal de Rio Grande do Sul UFRGS, Porto Alegre, Brésil, Cordenation Perfectionnement du Personnel du Niveau Superieur- CAPES/BR kindlein@portoweb.com.br ** Équipe de Recherche en Génie Industriel École Centrale de Lille Cité Scientifique BP Villeneuve d Ascq Cedex Armand.Ngassa@ec-lille.fr Résumé : Devant les enjeux que représente l innovation, les entreprises doivent se montrer proactives. Elles doivent faire preuve d adaptabilité devant un environnement changeant et concurrentiel. Aujourd hui, du fait de l augmentation de l offre, de l augmentation croissante de la qualité des produits commercialisés, de la baisse des prix de vente et des délais de production, la conception de produit ne peut plus être assurée par un seul acteur appartenant à un seul corps de métier (l ingénieur: l homme du bureau d étude par exemple). Différents acteurs de discipline doivent participer à l activité de conception de produit. D ou l intégration des métiers comme le designer, le coloriste, l ergonome, ect.. L intégration de la multiplicité des points de vue sur un seul support, le produit n est pas sans poser quelques problèmes. Comment faire dialoguer ces acteurs pour atteindre un même objectif? Dans cet article, nous proposons d illustrer cette difficulté de communication à travers deux acteurs phares de la conception, l ingénieur et le designer. Après avoir présenté ces deux métiers dans l activité de conception nous identifierons les connaissances et outils dont ils ont besoin. Nous proposerons une approche originale de support de dialogue (fruit d une collaboration entre deux laboratoires de génie industriel: français et brésilien), permettant de faciliter le dialogue entre ces deux acteurs, basée en partie sur le produit. Enfin nous proposerons un exemple d intégration de ce support appliquée aux principes de jonctions de produits industriels. Key Words : Conception, Connaissances, Design, Dialogue, Créativité 1

2 1. Introduction la conception un processus pluridisciplinaire La compétitivité actuelle au niveau des entreprises passe par l innovation. Le développement de l innovation est susceptible d apporter aux entreprises des avantages concurrentiels en terme de coût, d image de valeur. Contraintes aujourd hui d innover, elles doivent améliorer l efficacité de leur processus de conception conduisant à ce résultat. Pour cela l entreprise fera appel à toutes les ressources disponibles. C est ainsi que de nouveaux acteurs jusque là relégués aux phases avales de la conception sont aujourd hui introduits en amont du projet et doivent, du fait de certaines dimensions de leur activité, être considérés comme des concepteurs. Ainsi les représentants de la fabrication, de la maintenance, du marketing, et parfois même les sous-traitants sont encouragés à exprimer le plus tôt possible leur point de vue sur le produit [1]. Ce processus fait donc intervenir différentes disciplines et/ou métiers pour la prise en compte de leur point de vue dans la conception du produit. Déjà en 1991 A. AOUSSAT [2] clarifiait ce caractère pluridisciplinaire du processus de conception de produit en le définissant comme un axe horizontale. Chaque intersection avec une discipline verticale détermine un mode de représentation du produit et sa prise en compte dans ce processus par les acteurs spécialistes des différentes disciplines. Il propose d ailleurs l une des premières méthodologies présentant le séquencement et l organisation dans le temps de l apport de ces disciplines carrefour. Ainsi on retrouvera désormais parmi les ingénieurs (l homme du bureau d étude), les différents métiers de l entreprise comme le designer, ou l ergonome. Pour que cette activité de conception soit réellement partagée [3] elle doit en effet prendre en compte des différents points de vue de chacun des acteurs. Chaque acteur induisant cette activité par ses choix. Le produit final représente donc la somme des différents choix individuels. L enjeu sera donc de mettre en place des structures organisationnelles appropriées pour que tous les points de vue des acteurs aient la possibilité de converger et de concourir au développement de chaque niveau de solution du produit (figure 1). 2

3 S.P.I Conception de Produit S.E.S SPI (science pour l ingénieur), SHS (sciences humaine et sociales), SES (sciences économiques et sociales). S.H.S Figure 1 : Processus de conception de produit: principe de l équipe plateau synchronique. Du point de vue cognitif, la simultanéité et la mise en confrontation des points de vue de ces multiples participants, porteurs de logiques différentes et d expertises variées sont un point crucial de ces processus de conception collective [4]. Cette intégration de points de vue n est pas évident à mettre en ouvre et renforce la nécessité de mettre en place une nouvelle organisation de l activité de management de la conception. Nous allons illustrer cette problématique en mettant en lumières le point de vue de deux acteurs particuliers de la conception : il s agit de l ingénieur et du designer. 2. Le point de vue de l ingénieur : connaissances et point de vue technique dominant L ingénieur conçoit avant tout un produit technique ; c est dire un produit pour lui même, sans se soucier de l appropriation du produit par le consommateur final. Attention nous ne sous entendons pas ici que l ingénieur ne se soucie pas du client (ou du destinataire du produit). Nous voulons simplement souligner que ces soit, dans le point de vue de l ingénieur sur le produit et, ou dans son activité de conception, le client apparaît bien souvent comme un «paramètre» ou au pire une contrainte. L objet réel de son travail reste la performance technique dans le produit. L une des raisons, qu il ne nous appartient pas, évidemment, de juger ici, tient sans doute au fait qu il est, de par sa formation et des 3

4 problèmes professionnels qu il est sensé résoudre, l ingénieur paraît bien plus proche des caractéristiques physiques et techniques du produit que du marché auquel ce dernier est destiné Ce spécialiste fournit une réponse dans laquelle la vision fonctionnelle et technique du produit figure principalement [5], sans avoir nécessairement pris en compte les possibilités de modifications ou d améliorations lié à l usage ou à l environnement. C est la vision la plus communément adoptée pour représenter le processus de conception de produit. Durant les différentes phases du processus de conception, l ingénieur (l homme du bureau d étude et du bureau des méthodes) modélise le futur produit, à l'aide des conventions et d outils acquis lors de sa formation initiale et continue (dessins techniques, dessins d'ensemble, plans détaillés, plans de phase...). Dans ces représentations, le produit est d abord représenté à partir des capacités offertes par les modélisations scientifiques permettant de donner configuration et dimensionnement à ses principaux organes, en relation à leur capacité physique à être matérialisée. En s inspirant de méthodologies issues de l analyse de la valeur [6], dans les phases amont de la conception, l ingénieur travaille à partir d un dossier technique et économique caractérisant le futur produit (le cahier de charges fonctionnel). Il effectue alors de nombreux calculs afin de le dimensionner. Ce dimensionnement est lié aux contraintes et aux caractéristiques demandées par le client. Ces calculs se font à l'aide de différents logiciels de simulation. Ces logiciels sont fondés sur différentes approches ou théories scientifiques et font appel à une représentation du produit à travers des paramètres numériques. Le produit, à cet instant, est représenté par ce paramétrage qui revient à une sorte de «listing de chiffres». Ce listing décrit le produit et son comportement à travers une modélisation particulière. La compétence des ingénieurs est ici fortement liée à leur connaissance des logiciels de calculs et de la «dextérité» dont ils font preuve en les utilisant [7]. Par ailleurs, ces modalités de production des configurations entre organes et de leurs dimensionnement doivent pouvoir s appuiyer, sur une combinaison de plusieurs type de connaissances [8]. Or ces connaissances ne sont pas liés, elles sont compartimentés, nous distiguons : Les connaissances produits, qui constituent l ensemble des savoir susceptibles d être extraits par une analyse fine des produits existants. A ce niveau, la modélisation du produit, sous la 4

5 forme d un bloc diagramme fonctionnel par exemple, permet d identifier les fonctions remplies par ce dernier et les solutions techniques associées. Les connaissances scientifiques lié aux savoirs issues des principes physiques, chimiques, mathématiques (sciences de l ingénieur) qui représentent l étendue des connaissances scientifiques dont ont besoin les concepteurs. Les connaissances métiers : connaissances des matériaux (céramiques, polymères, métaux, etc.), de leurs procédés de fabrication, de leur mise en œuvre et des modalités de leur choix. Les connaissances documentaires ou l ensemble des connaissances issues des bases de données et des bases de brevets. Parce qu il est plus proche des caractéristiques physiques et techniques du produit, notre ingénieur utilisera donc, dans ce répertoire, des connaissances essentiellement techniques. 3. Le point de vue du designer : diversité des références et omniprésence de l utilisateur Les équipes projets, dans les processus de conception de produit, doivent prendre la mesure d un partenaire très particulier, dont on sait aujourd'hui à quel point la présence est cruciale pour le développement du produit : les futurs utilisateurs. Ils sont chacun différents selon la phase de vie du produit et ils doivent pouvoir exprimer leurs besoins relatifs à l'objet en cours de conception [9]. Le métier du designer, qui s intéresse avant tout aux usages, aux appropriations, aux modes de consommation, s inscrit pleinement dans cette perspective. Il revendique d abord le mode de vie du consommateur, ses habitudes, son comportement, son histoire. Son enjeu professionnel est d appréhender parfaitement le «fonctionnement» du consommateur afin de lui fournir le produit «idéal». La formation du designer couvre aussi bien les domaines scientifiques artistiques et littéraires [10]. Il étudie le fonctionnement du consommateur à travers la perception que ce dernier peut avoir du produit, aussi bien d un point de vue physiologique (identification des organes humains récepteurs liés à la perception) que psychologique (identification des relations étroites entre la perception, les sentiments et le comportement du consommateur) [11]. Pour cela, il déploie une panoplie d outils lié à la «mesure» de la perception (outils psychométriques, profils sensoriels) et de 5

6 la relation consommateur / produit (planches de tendance, planches d historique des produits, planches de familles de produits, etc.). Sa formation doit l amener également à se familiariser avec les matériaux et, en particulier, avec le champ élargi de matériaux disponibles (céramiques, polymères, métaux, etc.). Malgré la diversité des enseignements dispensés au cours de sa formation il lui manque essentiellement des connaissances techniques. En effet ces enseignements ne recouvrent qu une partie infime des caractéristique techniques des matériaux et des processus existant. Finalement le designer s intéresse avant tout au consommateur en termes de modes de vie voire d habitudes, il décline les produits selon des logiques qui ne sont peut être pas celles des caractéristiques techniques. D une certaine manière, sa proximité du consommateur l éloigne des caractéristiques structurelles et fonctionnelles du produit. Le schéma suivant (Figure 2) illustre l inversion des approches de l ingénieur et du designer, tout en soulignant que chacun d eux appréhende nécessairement les mêmes questions de configuration et de dimensionnement du futur produit. consommateur Designer Planche de tendance Historique Matériaux Analyse fonctionnelle Processus Ingénieur Caractéristiques technique et physique du Produit Figure 2 : Inversion des logiques de pensée entre l ingénieur et le designer Donc normalement dans l équipe de conception, le designer fournit ainsi au spécialiste (ingénieur) un dossier de conception dans lequel les caractéristiques structurelles et fonctionnelles sont déficitaires [12]. De son côté, l ingénieur apporte au designer un dossier de conception dont la technicité ne se traduit pas immédiatement en usages et appropriation sensorielle. Chacun des deux appréhendera les 6

7 recommandations apportées par l autre comme autant de contraintes «prescrites» sans posséder les clefs ou les outils pour les réinterpréter et les transformer en contraintes «construites», c est à dire des contraintes permettant de relancer (reconstruire) le processus de conception. Or, il ressort bien souvent que l ingénieur élabore des produits très fonctionnels et aux caractéristiques techniques clairement maîtrisées mais qui ne prennent pas en compte les «affects» du consommateur (perception, couleur, forme, texture). A l inverse, le designer élabore souvent des produits «concepts» qui apparaîtront plus proches de l œuvre d art que d un produit reproductible industriellement et en grande série. La difficulté du dialogue entre ces deux métiers ne favorise pas par exemple, la prise en compte des aspects environnementaux (ponction de ressources, pollution, dégradation, réutilisation du produit en fin de vie, l utilisation des consommables). Hypothèses et proposition d un support de dialogue Les modes de pensées de l ingénieur et du designer étant notoirement différents (voire inversés comme en témoigne la figure précédente), la communication entre ces deux acteurs de la conception est souvent difficile. Mais cette communication a nécessairement lieu. De ce fait, elle porte sur le produit lui-même, ou, plus exactement, sur les traces qui le préfigurent aux différents moments du travail de conception ; ces traces, ou plans ou maquettes que nous nommons objet intermédiaire de conception [13]. Ainsi, dans ses différents états au cours du travail de conception, le produit peut mobiliser l intérêt du designer sur les aspects liés aux matériaux et aux processus et mobiliser, simultanément, l intérêt de l ingénieur sur les aspects liés au futur usage. Au-delà des seuls acteurs que sont l ingénieur et le designer, on fera l hypothèse plus générale que c est aussi sur le produit en conception que peut s instaurer un dialogue entre la multiplicité des points de vue des différents intervenants du processus de conception (ingénieur, designer mais aussi spécialistes du marketing, ergonomes, juristes, etc.). Même si, selon les étapes du processus de 7

8 conception, il peut y avoir (à un instant t de ce processus) prépondérance d un métier sur un autre, le produit reste le support du dialogue entre les métiers. Comment, alors, favoriser ce dialogue? Pour résoudre ce problème de communication, il convient de mettre au point un support de dialogue entre tous les acteurs. Ce support doit être basée sur le produit. En effet, il permet de montrer au designer qu à partir du produit par exemple l intégration du choix des matériaux et processus de fabrication et d approfondir jusqu aux connaissances physique et techniques lié à la conception. Parallèlement il permet à l ingénieur toujours à partir du produit de s intéresser aux tendances et à l évolution du produit jusqu au comportement du consommateur. La résolution des problèmes de communications n est pas aussi simple. Pour le designer, il sera, par exemple, difficile de passer directement d un produit physique à l équation mathématique caractérisant son comportement. Il convient donc que ces passages s effectuent de manière incrémentale et accessible. Pour ce faire, on peut concevoir l intégration d interfaces (animations, maquettes, bibliothèques de matériaux, voir figure 3) entre le produit et ses caractéristiques physiquechimique mécanique électrique [14]. Figure 3 - Exemple de mise en place d une matheriauthèque (bibliothèque de matériaux) et représentation du processus brasage. [14] Exemple de représentation : En ce qui concerne les connaissance pratiques (cas d utilisation d une matériauthèque: il s agit de fournir un éventail (un espace physique) ou sont réunis un ensemble de matériaux avec des propriétés 8

9 différentes (transparences, dureté, conductivité thermique, ect ) qui permet de percevoir les caractéristiques physique du matériau [15]. C est en même temps un espace de créativité sensation tactile du matériau, perception visuelle, sonore, où le designer peut aussi étudier le comportement dynamique et cinématique des objets. Ce lieu a également la prétention de mettre des échantillons à disposition du concepteur, déjà regroupé de manière à faciliter l émergence des idées. D autres parts on peut aussi fournir une interface graphique et ludique (illustrations, CD ROM, maquettes animées, qui permet plus d interaction entre ses connaissances et les besoins d applications liés aux processus de conception et des matériaux impliqués. Il peut jouer avec les concepts (qui représentent l application de ces connaissances). Dans la figure 3 on peut observer la représentation du processus brasage. Sur le site il existe plus de 200 processus de fabrication animé de façon à être directement compris par le designer. De même pour le chemin inverse, pour respecter le raisonnement de l ingénieur, il convient de lui fournir un outil de fonctionnement pour l aider à intégrer les planches de tendances, les modes de vie, les historiques du produit sous la forme diagramme représentatif et/ou logique. (Histogramme, courbe, tableaux de synthèse). Cela lui permettant d intégrer dans leur projet, par exemple, les caractéristiques comportementales du consommateur. Sur la figure 4, nous avons un exemple de diagramme permettant de représenter les différents points de vues possibles d un produit (par rapport à son utilisation, son fonctionnement, sa composition, etc.). A travers cette représentation logique, l ingénieur pourra appréhender (commencer à comprendre) des notions plus subjectives (liées au consommateur) comme la «la valeur d estime». Ces notions étant représentées de manière plus assimilable par rapport à son point de vue. 9

10 Domaine des solutions Système Analyse considérée Externe Interne Orientation Vers l utilisation du système Vers l image du système Vers le fonctionnement du système Vers la composition du système Type de fonctions D usage D estime De fonctionnement De structure Familles de fonctions De service Techniques Domaine du cahier des charges fonctionnel Figure 4: diagramme de représentation fonctionnel des aspects du produit [16] Ce type de modèle (modèle conceptuel de représentation) préconisé favorise la compréhension de l ingénieur des aspects liés aux consommateurs et aux designer des aspects liés aux caractéristique technique du produit. Le but final étant bien évidement d obtenir un produit bien orienté vers le consommateur et de bonne conception technique. 4. Proposition : exemple d intégration ou d application des principes de jonctions dans la représentation des connaissances. Une expérience menée au Brésil dans le Núcleo de Design e Seleção de Materiais (NdSM) de l UFRGS. a porté sur le domaine des matériaux et des éléments de jonctions comme support de dialogue entre ingénieur et designer. Si le produit existe (cas de reconception de produit) le support sera les matériaux constituants le produit et ses principes de liaisons. Si le produit n existe pas, le support sera les choix de matériaux et leurs liaisons dans les systèmes et sous système du produit qui seront pris en, compte dans la conception. En effet, le dialogue sur les matériaux permet de rendre concrètement compte, pour le designer, de l intégration de ceux-ci sous l optique de la vision environnemental de leur choix et processus de 10

11 fabrication et d accéder à un approfondissement allant jusqu aux connaissances physique et techniques lié à la conception. Parallèlement ce dialogue permet à l ingénieur, toujours à partir du matériaux, de s intéresser aux tendances et à l évolution du produit jusqu au comportement du consommateur. Le cas retenu dans l exemple brésilien a porté sur un support commun relatif aux principes de jonction [17] entre les composants d un produit (Voir Tableau 1). Le choix d un tel support n était pas non plus neutre vis à vis des enjeux du développement durable. On a en effet pu voir précédemment que la question du «desassemblage» était cruciale par exemple pour l éco-design. Se situer sur la question des jonctions apparaît alors comme un support stratégique, en centrant le dialogue entre ingénieur et désigner sur l un des enjeux principaux de la conception de produit. Tableau 1- Principes de jonctions des produits Nº 1 TERME SPECIFIQUE Action Magnétique EXEMPLE ILLUSTRATIFS SYNONYMES Aimanter, induire, attirer (attraction), magnétisme, electro magnétisme (EMB), etc. Addhésion 2 Coller, adhésifs,etc. Amarrer 3 Nouer, tricoter, etc. 4 Frotter Force de friction, frottements, etc. 11

12 5 Deformation Distorsion, Contorsion, Torsion, Plier, etc. 6 Accroche Accoupler, encocher, accrocher, velcro, ect.. 7 Fusion Fonderie, liquéfaction, souder, etc. Interférence 8 Pression, etc. 9 Memoire Principe d élasticité (ressort), anneaux élastique, anneaux de pression, etc. 10 Remplissage Cimenter, liant, remplir, enfouir, enterrer, etc. 11 Visser Vis, (vis écrou), filetage, etc. 12 Sussions Aspirer, venturi, dépressuriser), ventouse, (principe du sous vide), etc. 12

13 Blocage 13 Enchevêtrer, loquet, etc. 14 Autres Principes EX Ect. Le tableau des principes de jonctions est un exemple de support de dialogue qui permet d introduire la clé «mode d assemblage /désassemblage» des différents matériaux qui font partie des systèmes et des sous-systèmes d un produit à partir duquel le dialogue a pu s instaurer. Du fait de cette communication, les échanges se sont révélés plus fructueux et les deux métiers se sont nourris de la connaissance de chacun, favorisant ainsi l émergence d idées nouvelles, plus créatives, et une meilleure conception technique. Cela permet d obtenir un produit bien orienté vers le consommateur avec des choix de conceptions techniques. Conclusion et Perspective : Soit la conception d un produit qui nécessite un projet d ensemble jalonné d étapes est confié à une équipe (pluridisciplinaire) ayant la capacité de se faire comprendre entre eux (métier design et métier ingénieur) soit confié à un seul individus capable de gérer ces aspects pluridisciplinaire. La même personne peut jouer les deux rôles : l ingénieur peut exercer la fonction du designer et vice versa. Mais l ingénieur (à ce stade) doit être suffisamment ouvert d esprit pour comprendre un point de vue plus holistique (capacité d abstraction) et le designer doit être capable d apporter les aspects techniques liés aux matériaux et processus de fabrication du produit. La proposition d amélioration de l interaction entre les acteurs de la conception qui a été basée sur le produit montrée ici peut être également appliqué sous l optique de la conception innovante, de la 13

14 conception durable, de la conception de masse, la conception de produits ludique que nous nommerons : PfX: Produit for X, où X symbolise l optique sous lequel on souhaite orienter la conception). D autre part, nous avons aussi la possibilité de combiner plusieurs orientations de conception comme, par exemple, la conception de produits innovants par une démarches associatives de conception [18]et durables (PfID). Cependant dans tous les cas, nous préconisons la mise en œuvre d ail faut entreprendre prioritairement des actions visant à instaurer le dialogue entre ces deux acteurs phares (l ingénieur et le designer). Références [1] ROUSSEL, B Intégration de l ergonomie en conception, Thèse de doctorat, Ensam Paris, 1996 [2] AOUSSAT, A La pertinence en innovation : nécessité d une approche plurielle, Thèse de doctorat, Ensam Paris, 1990 [3] DUCHAMP, R et al. L Approche pluridisciplinaire de la conception de produits : une science de l innovation, Congrès de Génie Industriel ALBI [4] DARSES, F, L'ingénierie concourante : un modèle en meilleure adéquation avec le processus cognitif de conception, In P. Bossard, C. Chanchevrier & P. Leclair (Eds) Ingénierie Concourante : de la technique au social, [5] NGASSA, A et al. Proposition d une démarche fonctionnelle pour la génération de nouveaux concepts, 4 eme Congrès International de Génie Industriel, Aix-Marseille, France, 2001 [6] MILES, L.D Techniques of value Analysis and Engineering ; McGraw-Hill Book Company inc, New York, [7] MER, S et al- l activité de conception en entreprise. Deuxième Congrès Franco-Québécois de Génie Industriel 3, 4 et 5 Septembre - Albi 1997 [8] NGASSA, A, and Bary R, How to increase creativity and innovation? Proposal for a approach based on knowledge, IAMOT 02, March 2002, Miami, USA [9] MAUGEY B. L'utilisateur final et le processus de conception. DEA d' Ergonomie, CNAM : Paris, 1996 [10] BASSEREAU, J.F Cahier de charges qualitatif design, élaboration par le mécanisme des sens, Thèse de doctorat, Ensam, paris, 1995 [11] BASSEREAU, J.F - Du différentiel sémantique au profil sensoriel, Revue des sciences et techniques de la conception Vol 5 N 2/ (1996) [12] QUARANTE, D Elément de design industriel, Edition Economica, Paris, [13] MARTINET.B, La veille technologique, concurrentielle et commerciale, les éditions d organisation, 1989 [14] KINDLEIN J.W, - site ndsm design et choix de matériaux- http// 14

15 [15] KINDLEIN J.W and HOEFELT, H. Experiência Brasileira na Criação e Implantação de uma Incubadora Tecnológica de Design de Produto no Estado do Rio Grande do Sul. In: CONGRESSO INTERNACIONAL DE DESIGN - USERDESIGN, 27 à 30 de março de 2003, Lisboa. UserDesign, [16] NGASSA A, Contribution au processus d innovation technologique par l intégration d une démarche fonctionnelle de génération de nouveaux concepts. Thèse de Doctorat, Institut National Polytechnique de Lorraine, Nancy, 2002 [17] KINDLEIN J.W and CÂNDIDO, L.H. Uma Visão da Situação Actual dos Elementos de Junção e das Possíveis Ações de Melhorias no Projecto Visando o Design para Desmontagem (DfD). In:CONGRESSO INTERNACIONAL DE DESIGN - USERDESIGN, 27 à 30 de março de 2003, Lisboa. UserDesign, [18] NGASSA A, et al. Proposition d une démarche de génération de concepts innovants IJIODIR : International Journal of Design and Innovation Research volume1 n 3&4 pp68-81,