Thèse. pour l obtention du grade de. Docteur de L Université de Technologie de Troyes. Spécialité : Systèmes Mécaniques et Matériaux

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1 Thèse pour l obtention du grade de Docteur de L Université de Technologie de Troyes Spécialité : Systèmes Mécaniques et Matériaux présentée et soutenue publiquement par Guillaume Ducellier le 2 juillet 2008 Gestion de règles expertes en ingénierie collaborative : application aux plateformes PLM Rapporteurs : M. Bigand Maître de Conférences HDR Ecole Centrale de Lille P.A. Yvars Maître de Conférences HDR Institut Supérieur de Mécanique de Paris Examinateurs : A. Bernard Professeur Ecole Centrale de Nantes E. Caillaud Professeur Université Louis Pasteur de Strasbourg J.C. De Robert Mazure Directeur R&D MEFRO Roues France B. Eynard Enseignant chercheur HDR Université de Technologie de Compiègne L. Roucoules Maître de conférence HDR Université de Technologie de Troyes C. Weber Professor Technical University Ilmenau

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3 Remerciements Je tenais à remercier les membres du jury de thèse pour m avoir fait l honneur de bien vouloir évaluer mes travaux de recherche. Les quelques années passées au sein du LASMIS m ont permis de côtoyer de nombreuses personnes qui ont de près ou de loin contribué à mon engouement pour la recherche universitaire. Je les remercie pour avoir partagé mes réflexions au cours de ces années. Je remercie particulièrement Pascal Lafon, Lionel Roucoules et Sébastien Remy, pour leurs conseils, leurs encouragements et les gages de confiance qu ils ont pu me témoigner durant les quelques années passées en leur compagnie. Une thèse est un échange nourri entre un étudiant et ses directeurs. Je remercie vivement Benoit Eynard, avec qui j ai passé de très bons moments et qui m a toujours impliqué dans les nombreux projets divers et variés qui ont jalonné les trois années passées sous sa direction. Je le remercie pour la confiance qu il m a accordée. Je remercie aussi chaleureusement Emmanuel Caillaud, qui malgré les kilomètres qui nous séparaient, m a toujours conseillé habilement et avec franchise, lors de nos entrevues strasbourgeoises. Je remercie mes doctorants de prédilection, Jean-Sébastien, Valérie et Sabrina, avec qui j ai beaucoup râlé pendant ces trois années. Et pour finir, je remercie Stéphanie, pour sa patience et sa présence discrète mais décisive durant toute la durée de la thèse. Une dernière pensée pour Mathilde, qui m a gentiment épargné durant les quelques mois qui ont jalonné la rédaction de ce mémoire. Je ne verrai aucun inconvénient à ce qu elle continue à être aussi gentille avec son papa dans les années à venir.

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5 Sommaire SOMMAIRE... 1 INTRODUCTION CONTEXTE ET PROBLEMATIQUE ENJEUX INDUSTRIELS CONTEXTE SCIENTIFIQUE PROBLEMATIQUE CONCLUSION ÉTAT DE L ART INTRODUCTION CYCLES DE VIE DES PROJETS, DES PRODUITS, DES INFORMATIONS DEFINITION GESTION DU CYCLE DE VIE D UN PRODUIT LORS DE SA CONCEPTION LES FONCTIONS D UNE PLATE-FORME PLM INFRASTRUCTURES DES PLATEFORMES PLM L EVOLUTION DES PLATEFORMES PLM ET MEILLEURE INTEGRATION DES INFORMATIONS METIERS CONCLUSION RELATIVE A LA GESTION DES CYCLES DE VIE LA GESTION DES CONNAISSANCES EN INGENIERIE LA GESTION DES CONNAISSANCES EN INGENIERIE

6 LA GESTION DES CONNAISSANCES POUR LA CONCEPTION DE PRODUITS LA GESTION DE REGLES EXPERTES POUR LA CONCEPTION D UN PRODUIT DANS UN CONTEXTE PLM CONCLUSION RELATIVE A LA GESTION DES CONNAISSANCES EN INGENIERIE SYNTHESE DE L ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE GESTION DE REGLES EXPERTES EN CONTEXTE PLM INTRODUCTION OBJECTIFS ET SCHEMA DIRECTEUR ADOPTE OBJECTIFS SCHEMA DIRECTEUR ADOPTE ASPECTS METHODOLOGIQUES GESTION DES PARAMETRES ET DES REGLES DANS LA PLATEFORME PLM APPROCHE GLOBALE DE MISE EN BASE DES DOCUMENTS TECHNIQUES DANS UNE PLATEFORME PLM ANALYSE DES LIENS ENTRE PARAMETRES SYNTHESE SUR LES ASPECTS METHODOLOGIQUES SPECIFICATIONS FONCTIONNELLES SPECIFICATIONS FONCTIONNELLES PRINCIPALES SPECIFICATIONS FONCTIONNELLES DETAILLEES SYNTHESE DES SPECIFICATIONS CONCLUSION DU CHAPITRE DEVELOPPEMENT DE L APPLICATION GREC²

7 4.1. INTRODUCTION MODELISATION OBJET DE L APPLICATION FORMALISME DE MODELISATION SCENARII D UTILISATION DIAGRAMMES DE SEQUENCE DIAGRAMMES DE CLASSES CONCLUSION RELATIVE A LA MODELISATION OBJET CHOIX DES TECHNOLOGIES CHOIX D UNE APPLICATION DE GESTION DE CYCLE DE VIE CHOIX DES TECHNOLOGIES POUR LE DEVELOPPEMENT DE GREC² DEVELOPPEMENT DES INTERFACES INTERFACE DU SCENARIO INTERFACE DU SCENARIO INTERFACE DU SCENARIO INTERFACE DU SCENARIO CONCLUSION DU CHAPITRE APPLICATION A DES EXEMPLES DE CONCEPTION INTRODUCTION DU CHAPITRE APPLICATION DE L APPROCHE METHODOLOGIQUE ET TECHNIQUE AU DEVELOPPEMENT D UN PRODUIT OBJECTIFS DU PROJET DE CONCEPTION INTEGRATION DES DIFFERENTS PARAMETRES METIERS DANS L APPLICATION 3

8 GREC² MODELISATION GEOMETRIQUE DE LA PONCEUSE A PARTIR DES PARAMETRES METIERS IMPLEMENTATION DES PARAMETRES DANS LA PLATEFORME PLM SYNTHESE DU CAS D ETUDE ET CONCLUSION DU CHAPITRE CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES CONCLUSION GENERALE PERSPECTIVES GESTION DES PARAMETRES FONCTIONNELS POUR LA CONDUITE DES PROCESSUS DE CONCEPTION L INTEGRATION DE NOTRE APPROCHE A PICS-PPO LE PILOTAGE DES PARAMETRES ET INTEGRATION DE VARIABILITES BIBLIOGRAPHIE TABLE DES FIGURES ANNEXES IDEFØ DE CREATION D UN DOCUMENT DEPUIS LE SYSTEME EXPERT IDEFØ DE CREATION D UN ARTICLE DEPUIS LA PLATEFORME PLM SYNTHESE DES METHODES PROPOSEES ALGORITHME PRINCIPAL DE CAPITALISATION DE REGLES EXISTANTES DANS UN PRODUIT ALGORITHME DE MISE EN BASE DES REGLES DIAGRAMME UML

9 Introduction L évolution inéluctable des marchés vers une mondialisation de la production et une internationalisation des services conduit les entreprises à revoir leurs manières de commercer, de travailler et de développer leurs offres en matière de produits. La compétition que se livrent les groupes industriels nécessite un renouvellement continu des offres. L excellence des produits n est cependant pas un gage de réussite tant la rapidité de développement et de mise sur le marché a pris une importance stratégique. Ainsi, il est nécessaire pour les entreprises de proposer des produits de qualité, en phase avec les besoins de leurs clients, dans des délais toujours meilleurs. Ce triptyque, qualité besoin délais, entraîne une refonte des activités de l entreprise, à travers la mise en place d approches de gestion de cycles de vie de projets, de produits et d informations [Midler, 1998]. Ces approches de gestion de cycles de vie sont nées de l évolution des méthodes de conception séquentielles, dites systématiques [Pahl & Beitz, 2006], vers des méthodes introduisant la gestion de projets dans lesquels interviennent de multiples acteurs. Ces méthodes doivent permettre de diminuer les temps de développement via la mise en parallèle des activités de conception. Ces méthodes d Ingénierie Simultanée et de Conception Intégrée sont issues des travaux de [Andreasen & Hien, 1987], [Solhenius, 1992], [Tichkiewitch, 1994] ou de [Prasad, 1997]. Elles ont facilité la réduction des délais de conception tout en facilitant l émergence de solutions techniques répondant aux exigences fonctionnelles du produit. Ces différentes approches sont indissociables des progrès réalisés dans les domaines des Technologies d Information et de Communication (TIC). Le déploiement des plateformes de gestion du cycle de vie des produits est en effet fortement associé aux problématiques de gestion des informations d entreprise et d échanges de données informatisées. Ainsi, nos travaux sont fortement liés à ceux ayant porté sur les Systèmes d Information (SI) [Reix, 1998] et sur les Systèmes de Gestion des Données Techniques (SGDT) [Randoing, 1995]. 5

10 La gestion du cycle de vie d un projet de conception regroupe un certain nombre de phases qui permettent de coordonner l activité des équipes et de s assurer du respect des délais et de la maîtrise des coûts. Nos travaux de thèse se focalisent sur les phases dédiées au développement du produit. Ces phases offrent la particularité de générer une masse d information très importante tout en nécessitant l intégration de savoir-faire métier. Ainsi, ces phases sous-entendent à elles seules de nombreux défis de gestion des données, d organisation des processus et de partage des informations. Au parallélisme des phases dédiées au développement du produit s ajoutent les problématiques de gestion des connaissances : la gestion des connaissances en ingénierie représente un secteur de développement très important, à tous les niveaux du cycle de vie du projet, du produit et des informations [Caillaud, 1999]. Nos travaux de thèse se fondent en partie sur les travaux en gestion des connaissances [Ermine, 2000], [Matta, 2004], mais restent inscrits dans les problématiques de gestion de données techniques avec des objectifs de partage d informations à forte valeur sémantique [Klein, 1993] [Eynard et al., 2004]. Ce mémoire expose la synthèse de nos travaux de thèse portant sur la gestion des règles et paramètres de conception au cours du cycle de vie d un produit. Les règles expertes représentent des liens sémantiques spécifiés par les acteurs métiers et se fondent sur des relations explicites entre les paramètres de conception. Notre travail propose de fournir une méthodologie et des outils de structuration et de hiérarchisation de ces règles. Nous avons pour objectif de fournir aux experts un environnement de gestion de ces règles intégré à une plateforme de Product Lifecycle Management (PLM) et offrant de multiples possibilités d interopérabilité avec les applications métiers généralement utilisées. Notre mémoire de thèse est organisé en cinq chapitres. Le premier chapitre présente les enjeux industriels et le contexte scientifique qui caractérisent notre domaine d étude. Le deuxième chapitre traite des travaux ayant été conduits dans ce même domaine. Nous nous intéressons en particulier aux méthodes et outils développés pour répondre à tout ou une partie de la problématique identifiée. Le chapitre 3 aborde les spécifications et la modélisation de notre application de gestion de règles expertes. Nous y exposons les mécanismes de traitement et de gestion des règles et proposons aussi les 6

11 modélisations détaillées de l application. Le chapitre 4 présente quatre scenarii utilisés pour le développement logiciel et son intégration dans une plateforme PLM commerciale. Le chapitre 5 décrit la conduite de ces scenarii sur la base d un cas de conception académique. Dans ce chapitre, nous détaillons le fonctionnement de notre démonstrateur et nous illustrons ses fonctions principales. Ainsi, nous identifions les avantages et les inconvénients de l utilisation de nos travaux au cours du développement d un produit. Pour terminer, nous synthétisons notre apport, nos principaux résultats avant d introduire les perspectives de nos travaux. 7

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13 Chapitre 1 1. Contexte et problématique 1. CONTEXTE ET PROBLEMATIQUE ENJEUX INDUSTRIELS CONTEXTE SCIENTIFIQUE PROBLEMATIQUE CONCLUSION

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15 1.1. Enjeux industriels L évolution de la dynamique économique mondiale a entraîné une remise en cause profonde des organisations industrielles et des modes de développement des produits. Cette remise en cause est particulièrement marquante dans le domaine de l ingénierie dans lequel le nombre de produits conçus a particulièrement augmenté alors que la complexité de ces mêmes produits progressait dans des proportions très importantes. Le secteur automobile illustre à lui seul ce bouleversement organisationnel et logique [Sheder, 1997]. La complexité accrue des produits conçus est liée à l intégration de multiples expertises, issues de champs scientifiques variés. Alors que les modèles d automobiles conçus dans les années 1970 présentaient des problèmes de conception mécanique et d industrialisation, les modèles actuels intègrent quant, à eux, des problématiques pluridisciplinaires. Nous citons, par exemple, le domaine mécanique (structure, liaison au sol, sécurité passive etc.), électronique (contrôle, commande, sécurité active, habitacle, etc.) ou même de style (formes, aspects, finition, etc.). L interaction d expertises multi métiers dans le développement d un véhicule entraîne des difficultés de gestion des données techniques. Ces difficultés concernent les problématiques organisationnelles, afin de satisfaire la recherche de la bonne information technique au bon moment pour les développeurs, ainsi que les problématiques d ordre techniques liées aux difficultés d interopérabilité des applications spécifiques aux activités expertes. Enfin, l organisation des équipes de développement autour du cycle de vie du projet rend le transfert des informations techniques d une expertise à une autre difficile [Weil, 1999]. Les difficultés rencontrées couramment sont : l hétérogénéité des expertises concernées ; l hétérogénéité des données produites ; les difficultés de compréhension inhérentes à la nature des expertises. A ces enjeux d échange des données s ajoute la complexité grandissante des 11

16 produits conçus. La réalité industrielle nécessite de fabriquer dans un délai optimal et à un coût maîtrisé pour maintenir la compétitivité des entreprises. Les problématiques d industrialisation doivent être pour cela prises en compte au plus tôt dans les étapes de conception. Ces enjeux industriels se retrouvent enfin dans une organisation mouvante, délocalisée et multipartenaire. De la relation donneur d ordre / sous-traitant, les entreprises tendent à évoluer vers des relations partenariales dans lesquelles les risques sont partagés et la conception segmentée. Ce type d organisations entraîne de profonds changements dans les habitudes des industriels qui sont confrontés à la nécessité de travailler en étroite collaboration, dans certains projets, avec des entreprises qui sont concurrentes sur d autres projets. En conclusion les enjeux industriels liés à nos travaux se caractérisent par une complexification croissante des produits et des organisations. Les entreprises doivent mettre en œuvre des méthodologies adaptées pour prendre en compte cette complexité tout en restant performantes en termes de délais de mise sur le marché de leurs produits. L entreprise étendue symbolisée par le rapprochement Client Fournisseur pose des problèmes spécifiques en termes de gestion des échanges au cours du développement d un produit. Les problématiques d intégration d expertises dans un projet de conception posent quant à elles d autres difficultés d ordre organisationnelles. Nos travaux reposent sur ces enjeux industriels forts et entendent proposer des éléments de réponses aux problématiques d échanges d informations entre phases de conception Contexte scientifique Le contexte scientifique de nos travaux s inscrit étroitement avec les enjeux industriesl décrits ci-dessus. Ce contexte scientifique se place dans la mouvance portée par les membres fondateurs de la Design Society 1 [Andreasen & Hein, 1987] [Hubka,

17 1987] [Pighini, 1992]. La conception d un produit manufacturé repose sur la conduite de plusieurs phases (définition, expression du besoin, commercialisation ) dépendant d expertises différentes Alors que les années 90 ont vu l émergence de solutions méthodologiques et logicielles pour la gestion des données techniques et le DFX (Design for X) [Bralla, 1996] [Huang, 1996], le contexte scientifique a évolué vers une maîtrise de la chaîne de conception des phases préliminaires à celles avales dans un processus décrivant le cycle de vie du produit. De nombreux travaux ont traité de la maîtrise des activités impactées par ces étapes et des échanges de données qui résultaient de leur enchaînement dans un processus de conception guidé par la gestion du projet [Tichkiewitch et al., 1994]. [Bernard, 1998] Le terme PLM (Product Lifecycle Management) désigne une approche globalisatrice visant à gérer le produit tout au long des phases qui décrivent sa définition du besoin auquel il répond, sa conception ainsi que sa vie jusqu à son retrait final. L approche PLM doit répondre à un certain nombre de besoins qui sont : les spécificités d un projet de conception ; les impératifs d échange, de partage et de mise à disposition des informations et des données ; les organisations, les équipes projet et les rôles associés aux différents projets ; les personnes intervenant dans le cycle de vie du produit. Ces quatre aspects auxquels propose de répondre l approche PLM sont décisifs pour la réussite d un projet de conception. Nos travaux s intéressent plus particulièrement aux points deux et trois concernant la gestion des processus de conception et l ingénierie simultanée. Nous entendons dans nos travaux la gestion des processus de conception comme l ensemble des moyens visant à la mise en place des méthodologies de travail 13

18 collaboratif. Dans ce contexte, un processus de conception est un moyen de faciliter l échange, le transfert ou la mise à disposition de tout ou une partie des informations techniques nécessaires à la conduite et à la réalisation du projet de conception. Les travaux dans le domaine de la gestion des processus de conception exploitent les Workflow [WFMC, 2005], ainsi que relatifs aux TIC (Technologies d Information et de Télécommunication). Nous nous intéressons dans ce contexte aux travaux issus des communautés du GDR MACS et plus particulièrement des groupes de travail IS3C 2 et C2EI 3. L ingénierie simultanée regroupe l ensemble des méthodologies et des outils facilitant la conduite d activités d ingénierie avec des sous-traitants, des donneurs d ordre, des partenaires, dans un contexte collaboratif fort. Nous nous appuyons sur les travaux de [Randoing, 1995], [Prasad, 1997] et des communautés scientifiques s intéressant aux problématiques de gestion des activités de développement de produits dans un environnement distribué Problématique A partir des enjeux industriels et du contexte scientifique que nous avons exposés ci-dessus, nous focalisons nos travaux sur l étude des interactions intervenant dans trois phases spécifiques du développement d un produit : La phase de définition du produit elle aboutit à la définition du produit et des composants qui le constituent. La phase de simulation du comportement mécanique du produit elle permet d assurer que le produit répond aux exigences du client dans chacune des phases de son cycle de vie. 2 IS3C, Ingénierie des Systèmes de Conception et Conduite du Cycle de vie produit 3 C2EI, Modélisation et pilotage des systèmes de connaissances et de compétences dans les entreprises industrielles 14

19 La phase d industrialisation elle concerne la préparation de la fabrication du produit et la garantie du respect des délais et des coûts de production. Les interactions s opérant au cours d un projet de conception entre ces trois phases sont nombreuses et concernent des informations sémantiquement riches et difficiles à appréhender pour un non expert. Notre objectif de thèse s intéresse à l amélioration de ces échanges en vue de faciliter la recherche de l information et diminuer le temps de développement du produit. Cette diminution concerne le produit en cours de développement ainsi que les produits futurs via la mise en place de méthodologies de réutilisation des informations adaptées aux phases du cycle de vie considérées. Ainsi nos travaux étudient les fonctionnements des plateformes PLM existantes et tentent de proposer des éléments de réponse aux questions suivantes : En quoi les plateformes PLM existantes sont-elle adaptées / inadaptées à l échange d informations entre les trois phases (définition, simulation, industrialisation) du cycle de vie du produit? Quelles méthodologies sont adaptées à la mise en place d outils de réutilisation des informations techniques? Comment s assurer de la mise en place de ces méthodologies dans une plateforme PLM? A partir d un état de l art sur le développement de produits manufacturés, nous établissons les besoins nécessaires aux acteurs de ces trois phases du cycle de vie du produit en termes d accompagnement logiciel. L étude des plateformes de gestion du cycle de vie du produit (Product Lifecycle Managment PLM) nous renseigne sur les recherches portant sur le développement de ces logiciels et sur les méthodes d utilisation qui les accompagnent. Cependant, force est de constater que ces plateformes, en l état actuel des choses, ne satisfont qu à une partie seulement des exigences des utilisateurs. La prise en compte de la nécessité d un partage des connaissances entre phase de conception n est 15

20 ainsi pas développée. Dans ce contexte, nous nous intéressons aux travaux issus de la communauté de la gestion des connaissances (Knowledge Management KM). Cette étude nous permet d identifier des approches intéressantes pour l assistance aux partages de connaissances entre phases de conception, de simulation et d industrialisation. Nous considérons la mise en place d un système de gestion de règles expertes au sein d une plateforme PLM. Ce système permet l archivage et le partage de règles de conception au niveau de la base de données et constitue le référentiel pour la gestion du cycle de vie des produits. Le but de cette base de règles est de permettre : le partage d informations sémantiquement riches dans le PLM à la place du partage de fichiers, comme c est le cas à l heure actuelle ; l identification de paramètres et de règles pilotant le produit ; l identification de règles de conception usuelles en vue de leur réutilisation dans des projets nouveaux Conclusion La clarification des enjeux industriels et du contexte scientifique de nos travaux de thèse a permis de mettre en lumière une problématique majeure dans le domaine de l échange des données entre phases de conception. Dans le domaine de l ingénierie, la complexification croissante des produits et des organisations entraine un bouleversement des méthodologies de travail et nécessite d améliorer les échanges d informations entre les différentes phases du développement d un produit. Les travaux visant à répondre à ces problématiques couvrent les domaines de la conception de produit, de la gestion du cycle de vie de ces produits et de la gestion des connaissances en ingénierie. La gestion des règles expertes au sein d une plateforme PLM associe ces trois domaines et ouvre un champ des possibles que nous proposons d exploiter dans la suite de notre mémoire. Dans le chapitre suivant, nous présentons un état de l art du contexte scientifique 16

21 portant sur deux thèmes majeurs que la gestion des cycles de vie et la gestion des connaissances en ingénierie. 17

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23 Chapitre 2 2. État de l Art 2. ÉTAT DE L ART INTRODUCTION CYCLES DE VIE DES PROJETS, DES PRODUITS, DES INFORMATIONS LA GESTION DES CONNAISSANCES EN INGENIERIE SYNTHESE DE L ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE

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25 2.1. Introduction Ce chapitre traite des travaux préalablement conduits dans les domaines scientifiques liés à la gestion des processus de conception, la gestion des données techniques, la gestion du cycle de vie du produit et à la mise en œuvre de méthodologie de gestion des connaissances en conception. Cette étude bibliographique doit nous permettre de cadrer notre champ de recherche en faisant émerger des travaux majeurs pouvant répondre à une partie de notre problématique définie précédemment. Notre étude se fonde sur les méthodes décrivant les principes de la conception de produits manufacturés et de leur évolution à travers ces dernières décennies, que nous avons présentées dans le chapitre précédent. Nous proposons d étudier les travaux portant sur la gestion des données techniques, à travers la mise en place des approches PDM et PLM. A partir de ces travaux en matière de PLM, nous nous intéressons à ceux portant sur la gestion des connaissances en ingénierie et son impact sur les approches PLM. Nous pouvons ainsi définir le périmètre de nos travaux de thèse et de clarifier notre approche du problème d intégration des phases de conception, de simulation et d industrialisation Cycles de vie des projets, des produits, des informations La gestion des cycles de vie des projets, des produits et des informations est un point essentiel de la compétitivité des entreprises. La performance d une entreprise est en effet directement liée à la qualité de ses produits et des services proposés ainsi qu à sa capacité à conduire rapidement ses projets. La rapidité de développement passe par une gestion des projets efficace et une gestion des informations élaborée pour permettre une grande réutilisation des acquis. Dans ce paragraphe, nous nous intéressons à la gestion des cycles de vie du produit, à travers les trois composantes majeures que sont : - Le projet pilotant le développement du produit 21

26 - Le produit et ses évolutions au cours de la conduite du projet - Les informations émergentes de la conduite du projet Dans un premier temps, nous clarifions les termes usuels et nous présentons les concepts associés au management du cycle de vie du produit. Dans un second temps, nous nous intéressons aux travaux conduits dans le domaine de la gestion des cycles de vie et nous montrons comment l intégration entre le produit, le projet et les informations est primordiale pour satisfaire aux besoins stratégiques et organisationnels de l entreprise Définition Distinction des cycles de vie Un cycle de vie représente un enchaînement d étapes qui se succèdent les unes aux autres à travers des jalons. Dans le cadre du développement de produits, nous pouvons identifier trois cycles de vie : le cycle de vie du produit, le cycle de vie du projet et le cycle de vie des informations [Bourdichon, 1994]. Cette distinction offre une vision adaptée aux besoins des entreprises dans le sens où elle permet de lier les approches de gestion du cycle de vie à l existant. Ainsi, la gestion du cycle de vie du projet va représenter la conduite du projet de développement, des phases de définition aux phases d industrialisation. La gestion du cycle de vie des produits va être associée aux phases de maturité du produit. Enfin, la gestion du cycle de vie des informations va concerner l ensemble des méthodes et techniques de gestion des données techniques de l entreprise. Cette vision est réductrice dans le sens où elle exclut les liens importants entre les problématiques de gestion des projets, des produits et des informations. Cependant, elle permet de clarifier les rôles de chaque composante tout en offrant une organisation adaptée à celles des entreprises. Par la suite, nous détaillons les différents cycles de vie suivant cette décomposition avant de proposer une définition globale de la gestion du cycle de vie du produit intégrant la gestion des projets et des informations. 22

27 Cycle de vie du projet Le cycle de vie du projet représente l enchaînement successif des étapes qui le jalonnent. Traditionnellement, un projet se découpe en plusieurs étapes pendant lesquelles le produit évolue et les informations relatives à ce produit sont élaborées. L ensemble de ces étapes est piloté par un chef de projet qui a pour mission de permettre l animation interne du projet, le pilotage, ainsi que la représentation externe du projet dans l entreprise. [Midler, 1993] définit ainsi le pilotage comme consistant à «conduire l ensemble des opérations nécessaires à l étude, au développement et à la réalisation d un projet». Dans un contexte d ingénierie, nous pouvons identifier classiquement les étapes suivantes : Avant projet (Permettre de prendre la "décision de faire ou de ne pas faire" et déterminer les moyens nécessaires à la réalisation du projet) Etude de faisabilité (Analyser la faisabilité économique, organisationnelle technique et juridique du projet) Conception préliminaire (Définition des principes réalisant les fonctions du produit) Conception détaillée (Définition technique du produit) Lancement (Définition des procédures visant à la production du produit) Industrialisation (Mise en production du produit) Utilisation (Vente et assistance clientèle) Retrait L enchaînement d une étape à l autre se fait par l intermédiaire de jalons. Ces jalons permettent les prises de décision qui établissent le lancement d une nouvelle étape ou la fin du projet. Il est fondamental de remarquer que si la structure du cycle de vie du projet est assez linéaire, les superpositions d étapes sont courantes et généralement porteuses de gain de temps [Bourdichon, 1994] et d amélioration du 23

28 produit [Clausing, 1994] développé tout en visant à la réduction des coûts. Ce triptyque qualité / délais / coût est à l origine de l ingénierie simultanée [Jagou, 1993] et représente encore une composante indispensable des travaux actuels [Anderson, 2006] Cycle de vie du produit Le cycle de vie du produit est généralement associé aux travaux du domaine de l ingénierie simultanée. Ces travaux concernent aussi bien les problématiques d organisation et de gestion des données techniques que celles visant à faciliter le travail collaboratif [Boujut, 2001], [Poveda, 2001]. Ces travaux visent à fournir des méthodologies et des outils de contrôle et de management de toutes les informations relatives au produit. Ce cycle de vie du produit entraîne d une part le management du projet pilotant son développement et d autre part le management des informations générées tout au long des différentes phases qui le composent [Deneux, 2002]. Dans ce paragraphe, nous proposons de définir, à partir des travaux de la communauté, le cycle de vie du produit, le management du projet et la gestion des informations. Le cycle de vie du produit est directement lié au projet de développement de celui-ci. Il permet de décrire l évolution du produit tout au long de la vie de celui-ci, des phases de définition du besoin aux phases de retrait. Le cycle de vie du projet inclut la notion de maturité [Boujut & Blanco, 2003], [Grebici, 2007]. Cette notion est découpée généralement en quatre états : Le produit virtuel : le produit est vu comme une succession de fonctions de services. A partir du cahier des charges fonctionnel, les concepteurs s attèlent à répondre aux exigences. Le produit n existe pas, mais il émerge du travail d équipes pluridisciplinaires (concepteur, fabricant, expérimentateurs, etc.). Le produit évoluant : le produit est en phase de test. Certains prototypes (virtuels ou non) sont disponibles et la phase d industrialisation est largement avancée. 24

29 Le produit mature : le produit est fabriqué en série. Les gains sont recherchés sur la production afin que celui-ci reste compétitif. Le produit en déclin : le produit arrive en fin de vie. La concurrence a rattrapé son retard, les bénéfices sur les ventes baissent. La première phase a une incidence très importante sur le succès du produit. La majorité des coûts associés au développement d un produit se situe au cours de cette étape. La réussite des étapes suivantes est conditionnée par la réussite du produit virtuel. Toute modification majeure du produit dans les étapes suivantes entraîne des coûts importants et peuvent mettre en danger la réussite du projet dans sa globalité. La Figure 1 présente une vue globale intégrant les cycles de vie des projets et des produits. Elle est cependant limitée à une vue très linéaire des activités des cycles de vie et ne présente pas les efforts visant à paralléliser les tâches au cours d un projet de conception. Chiffre d Affaire Produit Virtuel Produit Évoluant Produit Mature Produit en Déclin Temps CYCLE DE VIE DU PRODUIT Étude du Marché Étude de Faisabilité Étude de Définition Conception Conception Générale Détaillée Mise en Fabrication Utilisation Retrait Fabrication Temps CYCLE DE VIE DU PROJET Figure 1 : Cycles de vies de projet et de produit La Figure 2 présente une vue classique d un cycle de vie de projet. Elle est 25

30 inspirée des travaux de [Subrahmanian et al., 2005] et est proposée par [Charles, 2005]. Elle intègre les flux opérés lors de la conduite des activités et permet d appréhender la complexité des échanges entre les différentes étapes d un projet de conception. Les flèches symbolisent d une part les flux d information et de données échangées entre les acteurs et l évolution du produit au cours du projet. Cette figure s affranchie délibérément de l approche séquentielle de la Figure 1 pour proposer une approche d ingénierie simultanée. Dans cette approche, plusieurs activités peuvent avoir lieu en parallèle. Utilisation - Service après vente - Maintenance Retrait de service - Démantèlement - Revalorisation -Recyclage Avant projet - Étude du marché - Identification du besoin - Étude de faisabilité - Recherche de concept Production - Définition du processus de fabrication - Planning -Création de la «Supply Chain» Organisation - Gestion du projet - Gestion des équipes - Récupération des informations et données nécessaires Évaluation - Simulation -Prototypage Définition - Conception détaillée du produit Recherche de solution - Innovation - Réutilisation de projets similaires Figure 2 : Cycle de vie et ses actions associées Dans notre contexte d étude, nous nous intéressons aux interactions ayant lieu lors des étapes de définition, d évaluation et de mise en production du produit. Comme le montre la Figure 2, ces étapes sont intimement liées à l organisation du projet. Les composantes communes qui transitent d une phase du projet à une autre et qui viennent enrichir le produit sont les informations techniques. De part leur changement de 26

31 maturité, de statut, les informations sont gérées à travers le cycle de vie des informations Cycle de vie des informations Le cycle de vie des informations traite de l évolution de l ensemble des supports à l information lors des étapes d un projet. La nature créative d un projet de conception entraîne la génération et la transmission d un certain nombre d informations, de documents, de données. Le cycle de vie des informations représente les évolutions de ces informations. Les étapes qui forment le cycle de vie des informations sont définies par l entreprise et dépendent de son organisation. De plus, le cycle de vie des informations dépend du type d information considéré. Nous distinguons trois types d informations : Les informations techniques. Les étapes du cycle de vie des informations techniques sont généralement associées aux états de maturité de ces informations. Les informations de standardisation et de normalisation. Les étapes du cycle de vie des informations de standardisation et de normalisation sont généralement simples et peu nombreuses de par la pérennité des documents qui les synthétisent. Elles comportent généralement une date d effectivité qui permet de définir l applicabilité de la norme ou du standard. Les informations administratives. Ces informations ne concernent pas directement le projet en cours. Elles permettent de satisfaire aux exigences administratives de l entreprise. Le cycle de vie de ces informations est généralement lié aux normes qualités de l entreprise considérée (processus de gestion des congés payés, etc.) Gestion du cycle de vie des produits et management du projet, vers l intégration La distinction volontairement opérée entre les cycles de vie des projets, des produits et des informations permet de clarifier les concepts clés associés à chacune de 27

32 ces composantes. Cependant, cette distinction est très réductrice et ne prend pas en compte les liens forts entre ces cycles. Dans ce contexte, nous pouvons regrouper les problématiques de gestion de projet et de produit à travers un cycle de vie commun. Ce cycle de vie est naturellement celui des produits, qui est la référence de l entreprise. Dans ce contexte, la gestion du cycle de vie du produit regroupe l ensemble des méthodes et outils visant à satisfaire le pilotage des activités de l entreprise lié au produit qu elle conçoit [Stark, 2004]. Ainsi, le cycle de vie du produit ne va pas représenter que les aspects marketing, comprenant les courbes des ventes en fonction du temps mais va intégrer les problématiques de développement, de fabrication et de retrait de celui-ci en couvrant les aspects virtuels et réels du produit. Cependant, force est de constater que cette vision globalisante du cycle de vie du produit est souvent détournée à des fins de marketing par les éditeurs de solutions informatiques. Il est donc fondamental de limiter les phases du cycle de vie du produit étudiées à celles qui traitent de la conception de celui-ci. C est l objet du paragraphe suivant Gestion du cycle de vie d un produit lors de sa conception La gestion du cycle de vie des produits est une composante fondamentale devant être maîtrisée par l entreprise. Dans ce paragraphe, nous nous appuyons sur les définitions données précédemment pour décrire les fonctions principales devant être couvertes par une plateforme de gestion du cycle de vie. Nous identifions ici les besoins spécifiques de la gestion du cycle de vie d un produit lors de sa conception. A partir de ses besoins nous définissons les solutions méthodologiques et logicielles ayant conduit développement des SGDT Systèmes de Gestion de Données Techniques (PDM Product Data Management) et de leur évolution technologique vers les PLM [Eynard, 2005] Besoins spécifiques pour la gestion du cycle de vie des produits lors de leur conception La gestion du cycle de vie est une composante clé de la réussite d une entreprise. 28

33 Cette gestion est facilitée par la mise en place de méthodes et d outils de communication adaptés aux activités de conception. Ces méthodes permettent de partager des informations techniques. Dans le cadre d une organisation ne disposant pas de méthodes adaptées à la gestion des informations techniques, le téléphone est la composante majeure des moyens de communication (46%), suivi par les outils de messagerie électronique (36%), les déplacements et les courriers [Rodiguez & Al-Ashaab, 2002] Dans le cadre d une organisation structurée autour d un SGDT, le panel de fonctionnalités de partage s étoffe des technologies de Chat, de Vidéoconférence, d outils de visualisation synchrone ou asynchrone de modèles 3D. Toutes ces fonctionnalités répondent à trois composantes majeures qui sont : la gestion des données techniques, le partage de ses données dans l organisation et les moyens de partage susceptibles d être utilisés en fonction des besoins. Nous étudions dans ce paragraphe ces trois composantes et quelques travaux qui leur sont directement liés Typologie des données techniques et importance de leur mise en commun Les données techniques générées lors de la conception d un produit peuvent prendre de multiples formes et répondre à des besoins particuliers. [Rodiguez & Al- Ashaab, 2002] présentent les résultats d interview visant à décrire la typologie des données techniques nécessitant d être partagées. Il en découle le graphique de la Figure 3. Ce graphique met en lumière le besoin exprimé par les industriels de partager de manière prioritaire les données relatives au produit conçu (spécifications fonctionnelles, modèles 2D et 3D, nomenclature). Il est aussi à noter que le besoin de connaître l état d évolution du document est primordial. 29

34 Documents scannés Normes et documents légaux Outillages Préconcepts 1 Données issues des tests BOM Produits et assemblages Modèles 2D et 3D Evolution des documents Spécification Figure 3 : Les données techniques devant être partagées prioritairement La définition d une typologie des données techniques permet d entrevoir les priorités quant aux fonctionnalités d échange couvertes par un SGDT. Cependant, les outils de communication utilisés sont aussi primordiaux Typologies des échanges durant des activités de conception Plusieurs travaux ont porté sur l étude des typologies des échanges observés lors d activités de conception. [Abrahamson et al., 2000] ont étudié les échanges visant à permettre un accès commun à l information technique. Ces échanges sont caractérisés par un besoin de visualisation asynchrone des données produites et particulièrement des données 3D [Zhuang et al., 2000]. A ces aspects asynchrones s ajoute le besoin de collaborer en temps réel autour d une vue partielle du produit. Ce besoin est caractérisé par une vue 3D du produit de manière synchrone distant [Törlind, 1999]. Cette approche prend le nom de maquette numérique (DMU - Digital Mock-Up) et est à l origine de nombreux travaux dans des domaines aussi variés que l ergonomie [Garbade & Dolezal, 2007], les technologies de visualisation d ensembles complexes [Sun, 2007] ou la revue de projets [Graf et al., 2002]. 30

35 Enfin, la dernière famille de types d échanges durant une activité de conception concerne les méthodes et outils offrant des possibilités de modification d un produit en temps réel et de manière distribuée. Ces approches sont généralement intégrées dans les logiciels CAO existants [Qiang et al., 2001] et constituent une évolution des principes de la DMU [Su et al., 2002] Bonne gestion des données techniques et du SGDT Comme nous l avons vu dans le paragraphe précédent, la gestion des données techniques, la distribution des données dans l organisation et les moyens de partage susceptibles d être utilisés en fonction des besoins facilitent la conception des produits. Dans ce cadre, de nombreux travaux ont permis de développer des méthodes et des outils intégrant chacune des fonctionnalités de ces trois composantes et donnant naissance aux systèmes de gestion des données techniques, les SGDT SGDT et partage de l information technique Le SGDT représente une approche systématique de gestion des données d un projet de conception. Il couvre les besoins particuliers de gestion, contrôle et archivage de toutes les données émergentes d un projet de développement de produit, des phases de conception aux phases de fabrication [McIntosh, 1995]. Le principal apport de la mise en place de méthodes orientées SGDT est d assurer à la bonne personne d accéder au bon moment à la bonne information, sous la bonne forme [Liu & Xu, 2001], [Ameri & Dutta, 2005]. De manière plus générale, le SGDT permet de gérer les données techniques produites lors des phases d ingénierie de manière organisée et efficace [CIMData, 1997]. Les limites de ces approches concernent les échanges d informations entre les individus d organisations différentes. Tandis que les SGDT demandent une structuration importante des processus de l entreprise, la réalité des échanges entre partenaires industriels entraîne nécessairement le besoin d externalisation des données techniques. Dans ce sens, les travaux liés aux technologies web en GDT peuvent apporter des éléments de réponse intéressants Technologies web et SGDT 31

36 Le développement d Internet a facilité les innovations en matière de SGDT orientés web [Aberdeen group, 1999], [Al-Ashaab et al., 2003]. Ces innovations ont permis l accès aux données techniques d une entreprise par des partenaires distants, dans une organisation visant à renforcer la collaboration donneur d ordre / sous traitant [Qiang et al., 2001]. [Rodiguez & Al-Ashaab, 2002] identifient les besoins des industriels en terme d outil de communication, de distribution de données et mettent en lumière l apport des technologies web sur ce domaine particulier. En permettant le partage de données entre donneur d ordre et sous-traitant, les SGDT orientés web peuvent réduire de manière significative les interactions physiques (téléphone, déplacement, courrier) en offrant la possibilité d interactions numériques ( , webconférence, partage de fichiers) [Rodiguez & Al-Ashaab, 2005]. De l apport des technologies web pour le SGDT est né le principe du cpdm, le collaborative Product Definition Management SGDT et Collaborative Product Definition management Collaborative Product Definition Management (cpdm) est une approche intégrant les fonctionnalités de communication offertes par les technologies web telles que les groupware et le CSCW (Computer Supported Cooperative Work) [Ader, 1996] aux fonctionnalités de gestion des données techniques [CIMData, 2001]. Cette approche permet de renforcer les liens donneur d ordre / sous traitant et est caractérisée par la nécessaire remise en question des organisations des entreprises. Cependant, le cloisonnement de l approche cpdm aux activités de conception de produits ne facilite pas les échanges entre les différents services de l entreprise. Dans ce contexte, de nombreux travaux ont porté sur une extension du cpdm à l ensemble des étapes du cycle de vie du produit, donnant naissance à l acronyme PLM Product Lifecycle Management. Le cpdm peut ainsi être présenté comme la première étape vers la gestion du cycle de vie des produits [Sung & Park, 2007]. Dans le paragraphe suivant, nous présentons l approche PLM et les principaux travaux associés à ce concept. 32

37 Bonne gestion du cycle de vie des produits et PLM Les systèmes de gestion de données techniques ont permis d assurer la maîtrise des documents issus des études. Cette maîtrise permet d une part d assurer la sauvegarde des données techniques et d autre part leur partage au sein d équipes pluridisciplinaires, les données techniques transitant du poste de l acteur qui les a créées vers un serveur centralisé. Les SGDT permettent ainsi de satisfaire à certains besoins identifiés dans le paragraphe Cependant, l évolution des entreprises entraîne des changements organisationnels importants à différents niveaux, stratégiques, tactiques et opérationnels. A titre d exemple, l organisation est remise en cause par les logiques de conduite du changement. Le système d information globale de l entreprise doit permettre le dialogue entre les différents systèmes spécialisés, comme les SGDT mais aussi les ERP, CRM, SCM. La gestion du cycle de vie des produits doit ainsi prendre en compte ces différentes problématiques. Dans ce contexte, une plate-forme PLM peut être regroupée en quatorze briques. La Figure 4 présente ces quatorze briques en distinguant les fonctions générales des fonctions d études et les problématiques d organisation des problématiques de gestion de l information. Organisation Audit aménagement des processus Standardisation Conduite du changement Gestion des connaissances Gestion de l innovation Travail Collaboratif CAO - Calcul Gestion de projets Gestion documentaire (GED) SGDT Système d information Interopérabilités ERP, CRM, SCM Schéma directeur du SI Gestion des nomenclatures Maquette numérique Fonctions générales de l entreprise Fonctions d études Figure 4 : Les 14 briques de base d une plateforme PLM 33

38 Spécification et déploiement d une plateforme PLM La spécification et le déploiement d une plateforme PLM concernent les étapes de définition, de dimensionnement et de développement de celle-ci dans une entreprise cliente. Nous distinguons deux étapes majeures qui sont : - L étude d opportunité du projet de déploiement d une plateforme PLM - La réalisation du projet L étude d opportunité du projet de déploiement consiste à identifier les besoins spécifiques de l entreprise concernée ainsi que ses particularités. A partir de l évaluation des dépenses associées à la mise en place d une plateforme PLM ainsi que des gains espérés, l étude d opportunité doit fournir les informations nécessaires aux responsables de l entreprise pour la décision de lancement final du projet d implémentation de la plateforme dans leur entreprise. Les dépenses associées à l implémentation d une plateforme PLM regroupent l ensemble des coûts engendrés. Nous distinguons deux types de coûts : les coûts récurrents et les coûts non récurrents. Les coûts récurrents représentent l ensemble des dépenses relatives aux licences locatives et aux embauches éventuelles pour la gestion de la plateforme PLM. Les coûts non récurrents représentent l ensemble des dépenses ponctuelles (investissements en matériels, formations des utilisateurs, prestations extérieures, etc.). Les gains espérés correspondent à l ensemble des économies escomptées après l implémentation de la plateforme PLM. Ces gains sont généralement regroupés en trois catégories : les gains directs, les gains indirects et les gains induits. Les gains directs représentent les économies en charges, consommables, etc. Ceux-ci sont généralement facilement identifiables. Les gains indirects représentent les améliorations attendues dans le domaine de la qualité des produits (diminution des rebuts, réutilisation de l existant, standardisation des composants, etc.). Ces gains sont généralement plus difficilement quantifiables mais constituent une part importante des gains finaux escomptés. Les gains induits représentent les gains stratégiques tels que les avantages concurrentiels, l obtention de parts de marché, la réduction des coûts anticipés, etc. Les 34

39 gains induits sont très difficiles à estimer mais représentent la majeure partie des gains escomptés lors de l implémentation d une plateforme PLM Les fonctions d une plate-forme PLM Ce paragraphe permet de décrire les principales fonctions couvertes par une plateforme PLM. Deux paragraphes suivant détaillent les «fonctions utilisateur» et les «fonctions système», conformément au découpage généralement présenté [CIMData 1997], [Helms, 2001] [Balakrishnan, 2006] «Fonctions utilisateur» Les «fonctions utilisateur» regroupent l ensemble des fonctions d interfaçage entre la plateforme PLM et l utilisateur. Nous distinguons cinq «fonctions utilisateur» : Fonction de gestion documentaire Management des processus associés aux documents Gestion des nomenclatures (structures produit) Classification et recherche Gestion des projets Gestion documentaire La gestion documentaire dans une plateforme PLM est l une des fonctionnalités principales. Elle assure que les données techniques relatives au produit sont mises à jour et disponibles dans un environnement protégé par les intrusions et par les erreurs de manipulations. Cette fonctionnalité est pour l utilisateur symbolisée par les principes de check-in / check-out qui permettent de définir les règles d accès aux documents du coffre-fort de données, qui gère les droits d accès par type de documents. Ce principe est présenté en Figure 5. 35