Proposition de The se :

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1 Proposition de The se : Conception intégrée Produit Processus Aide à la décision robuste par l analyse de la chaîne de valeur des flux Produit et Processus Mots Clés : Intégration Produit/Industrialisation, Chaîne de valeur, Conception robuste, Analyse de sensibilité Description : Contexte : L évolution des entreprises contraintes par les objectifs de réduction des coûts, des délais et d améliorations permanentes des produits, conduit à des innovations technologiques et à une modification complète de la chaîne conception industrialisation s appuyant sur une approche globale intégrant les aspects technologiques, économiques, logistiques et sociétaux. C est cette innovation continue de produits et de processus qui amènera un développement maîtrisé et durable. D autre part l analyse montre que la connaissance scientifique et technologique incorporée dans les produits manufacturés était de 5% en 1945, qu elle est actuellement de 16% et que l objectif est de 20% en 2020 (Analyse décrite dans MANUFUTURE - European Technology Platform - Un Système d Aide à la Décision pour la Conception et l Industrialisation désigne les moyens, les outils et les méthodes qui permettent de collecter, consolider, modéliser, traiter et restituer les données matérielles ou immatérielles, en vue d'offrir une aide à la décision et de permettre d avoir un point de vue ou une vue d ensemble du produit, de son processus de fabrication ou de son système de production. Le but de l aide à la décision est de fournir des éléments objectifs pertinents pour que les décideurs puissent réaliser des choix de conception tout en maîtrisant les différents risques inhérents au projet. Le déploiement des Systèmes d Aide à la Décision en phase de conception et d industrialisation a pour ambition de couvrir un ensemble d activités du cycle de vie du produit : conception conceptuelle, conception détaillée, prototypage virtuel, industrialisation, conception du système de production. Il doit permettre de : - Modéliser et capitaliser les solutions Produit / Process afin de faciliter l interaction entre acteurs (ingénierie collaborative, fédération d expertises métier), d assurer la traçabilité, - Evaluer les solutions Produit / Process afin de sélectionner une ou plusieurs solutions, d intégrer les préférences des différents acteurs participant au processus de développement ou d utilisation des solutions, d identifier la pertinence de chaque élément des solutions suivant plusieurs critères, garantir la qualité des solutions dans tout le domaine de variabilité des éléments environnants et constitutifs des solutions

2 - Aider à la génération de solutions en exploitant les connaissances formalisées des différents acteurs, Cette thèse s adresse plus particulièrement au deuxième item «évaluer les solutions». Verrous et méthodes : L évaluation d une solution Produit / Process doit - faciliter la prise de décision en identifiant les «plus grands bras de levier» permettant d accroitre la valeur qui se définit comme la satisfaction d un besoin ou d une attente exprimée par l appréciation des performances réalisées. Cette notion de valeur est riche de ses multiples points de vue. Un grand bras de levier est un élément de la solution Produit / Process qui a un fort impact sur la valeur. Des travaux récents ont mis en évidence la difficulté d exprimer correctement la valeur en prenant en compte l ensemble des points de vue et les incertitudes dues à la non maturité de la connaissance utilisée à ce stade du projet. Une approche basée sur le concept de chaine de valeur déployée en s appuyant sur l analyse des flux sera explorée (flux fonctionnels et énergétiques du produit, flux physiques du processus de fabrication, et flux économiques). Plus précisément, elle devra permettre à partir d un cadre commun d identifier les différents flux, qu ils soient de nature énergétique, d information ou de matière et de les traiter en cohérence, afin de proposer à terme des solutions optimales du point de vue du cycle de vie complet du produit. Cette analyse de la chaine de valeur des flux pourra s appuyer sur des approches existantes et utilisées par les partenaires du projet telles que fonction-comportement-structure, caractéristiques-propriétés-modèles, ou autres éventuellement Le cadre proposé devra pouvoir simuler les différents comportements du produit que ce soit lors de sa conception, sa réalisation, son fonctionnement, son exploitation et son recyclage. - accroitre la robustesse de cette solution en identifiant les éléments dont leurs variabilités impactent fortement la valeur. Un effort particulier doit être porté sur l identification des sources de variabilité entachant la valeur et la propagation de ces variabilités afin de garantir une prise de décision robuste. Une approche basée sur l analyse de sensibilité de chaque maillon de la chaine de valeur des flux sera explorée, cette analyse de sensibilité globale permet d étudier l impact de la variabilité des éléments solution sur la chaine de valeur. Une approche basée sur l analyse de scénarii rencontrés lors du cycle de vie du produit pourra être également envisagée, et pourra compléter la précédente proposition afin de prendre en compte des phénomènes de nature discontinue qui sont difficilement modélisables avec des outils classiques de variabilité. - accroitre la robustesse de cette solution en prenant en compte son éloignement à des solutions de référence qui est un gage de la maîtrise des risques dans un processus industriel. Ces solutions de référence peuvent être issues de retours d expérience ou bien de prototypes réels ou virtuels validés par le groupe projet.

3 - Permettre de s adapter à la maturité de l information utilisée au cours du projet, très imprécise dans les phases amont et de plus en plus précise au fur et à mesure de l avancement du projet. L outil d aide à la décision devra pouvoir évoluer en fonction de cette maturité de l information, afin d optimiser les paramètres encore libres qui seront contraints par les choix et décisions prises au cours du développement du produit / process. Résultats attendus : Les résultats attendus sont une approche outillée (application informatique + proposition d un langage de modélisation) permettant d analyser une solution Produit Process et d identifier les «plus grands bras de levier» afin d accroitre sa valeur et sa robustesse. Cette approche est basée sur le concept de chaine de valeur généralisée à l ensemble des flux. Programme scientifique : L objectif principal de ce travail est de développer une analyse de la chaine de valeur applicable aux différents types de flux lors de la conception routinière d'un produit et de son processus de fabrication. - Tâche 1 : Réaliser une étude bibliographique complète des processus de développement de Produit / Processus permettant de prendre en compte précisément les phases de conceptin et d industrialisation des produits. Une attention particulière sera portée sur les méthodologies basées sur les flux comme celles citées en référence. - Tâche 2 : Proposer un outil de représentation des flux, qui permettent de mettre en évidence aussi bien les flux fonctionnels, les flux physiques et les flux liés aux processus. L objectif final est d avoir un langage de représentation décrivant le produit et/ou les processus et leurs éléments environnants à différents niveaux de décomposition structurelle et permettant une identification aisée des trajets des différents flux aux niveaux des interactions mises en jeu et des entités concernées par les flux. - Tâche 3 : Proposer une méthodologie d analyse des graphes des flux qui permettent de relier les flux, la structure et la valeur engendrée par la mise en œuvre des flux modélisés. Ces travaux s appuieront sur les résultats existant de la bibliographie comme le TAFT (Tableau d Analyse Fonctionnelle et Technique). - Tâche 4 : Proposer une méthodologie d identification des maillons critiques issus de la chaîne de valeur obtenue à la tâche précédente. - Tâche 5 : Analyser la sensibilité des maillons critiques afin de caractériser la robustesse du processus de développement Produit / Process. Cette tâche est primordiale car c est elle qui permet de rendre robuste les solutions proposées. - Tâche 6 : Proposer un outil complet informatisé de système d aide à la décision des méthodologies et outils proposées aux tâches précédentes, cet outil devra permettre d intégrer les préférences des acteurs du cycle de

4 développement Produit / Process sous forme de désirabilité par exemple, pour pouvoir caractériser tous les flux qui ne peuvent être caractérisés par une approche analyse de la valeur classique. Enfin, à partir de toutes les connaissances modélisées comme celles présentées ci-dessus, cet outil doit permettre d évaluer des solutions en vue de leur sélection ou de leur amélioration tout au long du projet. L encadrement sera réalisé par Jean-Yves DANTAN (Professeur des Universités centre de Metz), Jérôme PAILHES (Maître de Conférences centre de Bordeaux, soutenance de son HdR prévue en Juin) et Alain ETIENNE (Maître de Conférences centre de Metz) Laboratoire(s) de recherche: Ce projet de thèse est une collaboration entre deux laboratoires d Arts et Métiers ParisTech : Le LCFC (Laboratoire de Conception Fabrication Commande) - EA4995 Ecole Nationale Supérieure d Arts et Métiers CER de Metz 4, rue augustin Fresnel METZ Cedex 03 L I2M Bordeaux (Institut de Mécanique et Ingénierie de Bordeaux) - UMR CNRS 5295 (département IMC : Ingénierie Mécanique et Conception) Ecole Nationale Supérieure d Arts et Métiers - CER de Bordeaux Esplanade des Arts et Métiers Talence cedex Correspondant : PAILHES Jérôme Tel : Mail : jerome.pailhes@ensam.eu DANTAN Jean-Yves Mail : jean-yves.dantan@ensam.eu Date de début de la thèse: 1 octobre 2013

5 Robust Decision based design & Value chain analysis for Integrated Product Process Design Keywords: IPPD Integrated Product Process Design, Value chain, Robust design, Sensibility analysis Context: During the past two decades a lot of research work has focused on improving product development processes. These processes have switched from very sequential and individual tasks to concurrent and collaborative activities. So far, those changes have been attended by a strong improvement of information management (e.g. product modeling, knowledge management), innovation management and computer technologies (e.g. CAx and PDM/PLM systems). Integrated Product and Process Design IPPD expands on concurrent engineering and systems engineering. IPPD is a systematic approach to the integrated, concurrent design of products and their related processes, including manufacture and support. This approach is intended to cause the developers, from the outset, to consider all elements of the product life cycle from conception through disposal, including quality, cost, schedule and user requirements. Scientific issue: The main objective and originality of this proposal is to use value chain analysis to coevaluate the Product and the Process based on the generic concept of flow (functional flow, information flow, physical flow ) and to lead the selection of the final design solution. The scientific main objective is to improve design method in providing means to support decision making process to reduce the design alternatives. This proposal will focus on a contribution in developing a robust design analysis approach in a virtual environment for IPPD. Value chain analysis will enable to assess which one of the alternatives can provide more robust performances and, most of all, to support decision making. It has, indeed, been shown that the most robust solution is not always the multi-disciplinary optimum. Lawrence D. Miles developed Value Analysis (VA). The technique simultaneously pursues two complimentary objectives: maximizing the utility provided by the product or service and minimizing or eliminating waste. Toward this end, the value content of the product or process realized by the consumer is defined. Using the user's definition of value as a filter, the product's components or the steps in the production or servicedelivery process are classified as either value-added or non-value-added. The goal will be to eliminate as much of the non-value-added elements as possible by reengineering the design of the product or process. Equally important, the approach also will consider the possibility of substituting functionally equivalent elements for the value-added elements of the product or process design. In the latter case, a substitution will be justified when the functionality of the element is maintained or enhanced at a reduced cost to the producer.

6 Value analysis may be applied to the design and redesign of products, services, and processes. All that is required is that the item under analysis be capable of being divided into mutually exclusive and collectively exhaustive elements. The flow of each product or process element is then identified and classified. The approach must operationally define value within the context established by the product or process under review. Using this definition, each flow will be analyzed to determine whether or not and how it adds value. Finally, design changes may be proposed to eliminate, reduce, or replace elements that fail to add sufficient value to the overall product or process. To increase the robustness of solutions taking into account the distance to the reference solutions is a relevant element of risk management in an industrial process. These reference solutions can be derived from feedback or real or virtual prototypes validated by the project group. Also it s important to adapt the decision aided system to the maturity of the knowledge used during the project. Knowledge is very imprecise in upstream phases and more accurate as and when the project progresses. The tool for the decision must be able to evolve according to the maturity of the knowledge to optimize the free parameters. The choices and decisions made during the development of the product / process constrains the others parameters. Expected results: As far as scientific issues have been presented above, the expected result is a contribution to the development of a platform to really support the design process and the decision making process based on value chain analysis. This proposal aims at providing right concepts and software module to tackle the issue of robust design assessment during the design of product and its manufacturing process. Scientific program: The activities carried out are listed in the following tasks: - Analysis of the IPPD and Value Chain Analysis. This task consists of : an extensive bibliographic analysis of the scientific approaches concerning the IPPD, design process a specification of concepts: value, flow The task have to propose a way to define and modelize value and flow in the core model. That is a specific requirement to add the value design analysis at each step of the IPPD a specification of value sensitivity analysis. - Development of the IPPD approach based on the Value chain analysis of the flows (functional flow, information flow, physical flow, ) - Implementation of these concepts and methods in a software. - Based on the specifications, in this task the IT infrastructure will be designed and implemented.