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Ecole nationale supérieure d'arts et métiers - ENSAM (03/12/2004), NADEAU Jean-Pierre (Dir.)
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Formulation préalable d'un problème de conception, pour l'aide à la décision en conception préliminaire
Dominique SCARAVETTI1

La conception architecturale est souvent réalisée grâce aux habitudes professionnelles et à l'expérience des concepteurs, qui leur permettent d'identifier les paramètres de conception pertinents à prendre en compte pour commencer l'étude et de faire les choix qu'impliquent une démarche séquentielle de détermination d'architecture. Ces décisions sont difficiles à prendre car les concepteurs ne disposent pas forcément d'éléments suffisants pour comparer les différentes alternatives. Ainsi, ils procèdent souvent par essai-erreur, jusqu'à l'obtention d'une configuration opérationnelle, mais qui n'est pas nécessairement optimale. Ces itérations sont, de plus, coûteuses en temps.

Nous proposons un système d'aide à la décision en conception préliminaire, permettant de partir de plusieurs concepts de solution pertinents, pour arriver à une architecture validée et prédimensionnée en objectivant les choix de conception.
Les grandes étapes sont : (i) l'écriture du problème de conception préliminaire sous forme de Problème par Satisfaction de Contraintes (PSC), (ii) la recherche exhaustive des architectures solutions, (iii) l'exploitation et la réduction de l'espace des solutions pour aider à la décision. C'est seulement ensuite qu'un choix est à faire parmi ces solutions, qui n'ont pas été arbitrairement restreintes par des choix initiaux.

Les étapes (i) et (iii) nécessitent une analyse préalable du problème de conception. Il faut, d'une part, le limiter aux seules caractéristiques nécessaires et suffisantes pour la conception architecturale, que nous nommons caractéristiques structurantes. D'autre part, il faut exprimer les objectifs de conception et les critères de qualification de la conception, qui permettent de hiérarchiser les architectures-solutions obtenues et ainsi aider au choix final parmi elles.
Nous proposons pour cela une démarche systématique d'analyse et structuration du problème de conception, basée sur quatre étapes, depuis l'analyse du besoin jusqu'à une approche physique, en passant par des approches fonctionnelle et organique du produit à concevoir. Des tableaux systématiques sont proposés.

Notre approche est confrontée avec la démarche 'classique' d'un groupe de concepteurs, pour une même conception architecturale. L'utilisation du système d'aide à la décision permet une amélioration de la satisfaction des objectifs de conception, le choix du concept de solution le plus performant, l'obtention d'architectures-solutions valides et respectant toutes les contraintes énoncées. On dispose ainsi d'éléments dimensionnels pour poursuivre en conception détaillée sans subir les itérations engendrées par le processus essai-erreur.
1:  I2M - Institut de Mécanique et d'Ingénierie de Bordeaux
Conception Préliminaire – Conception Architecturale – Caractéristiques Structurantes – Aide à la Décision – Problème par Satisfaction de Contraintes – PSC – CSP – Analyse et structuration
http://www.trefle.u-bordeaux1.fr/personnel/pages/scaravetti/these_scaravetti.zip

Design problem analysis, for decision aid in embodiment design
In the early phases of a traditional design process, many decisions are often made by designers. For that purpose, they take advantage of their experience and company knowledge. These decisions are necessary in a sequential design process but may hide many embodiment solutions. Moreover, designers often use a time consuming trial-and-error mode to find a working combination of standard elements.

To overcome these difficulties, a decision support system based on constraint programming is proposed. The object of the design process set out in this work is to facilitate the embodiment design phase by avoiding a-priori decision making and searching for feasible architectures in which all the points of view of the various participants in the project are taken into account. The main stages are: i) the writing of the design problem into a Constraints Solving Problem (CSP) form, ii) the exhaustive search for the feasible architectures, iii) the exploitation and the reduction of the solutions space to help in the decision making.

A preliminary analysis of the design problem is necessary for the stages (i) and (iii). On one hand, it is essential to restrict the design problem to the only necessary and sufficient characteristics for the embodiment design phase, which we name structuring characteristics. On the other hand, it is necessary to express the design objectives and the qualification criteria of the design, in order to sort the embodiment solutions being obtained.
An systematic four step method is detailed in this thesis

Our approach is confronted with the 'classic' method of a designers group, for the same embodiment design.
This methodology is applied to the embodiment design of an automatic weight-winding system of a monumental clock. To determine the most interesting solutions, objectives and performance indicators are entered. Finally, the benefits of our approach are discussed.
Embodiment Design – Structuring Characteristics – Decision Support – Constraint Satisfaction Problem – CSP – Structuring and Analysis

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