Cours Etude de Conception Mécanique by walidenim

Ministre de lEnseignement Suprieur - Universit de Monastir Ecole Nationale dIngnieurs de Monastir

Dpartement de Gnie Mcanique

Fascicule de Cours

Etude de ConceptionDeuxime Anne Gnie Mcanique

A. BENAMARA 2005/2006

Tables de MatiresChapitre I : Analyse Fonctionnelle des Produits Mcaniques. ................................. 61. 2. DEFINITION...................................................................................................................................................... 6 LES FONCTIONS:............................................................................................................................................. 6 2.1. CLASSEMENT EN FONCTION DE LA NATURE DU SERVICE ............................................................................... 6 2.1.1. La fonction de service ....................................................................................................................... 6 2.1.2. La fonction technique........................................................................................................................ 6 2.1.3. La fonction d'estime .......................................................................................................................... 7 2.2. CLASSEMENT EN FONCTION DE L'IMPORTANCE ............................................................................................. 7 2.2.1. La fonction principale....................................................................................................................... 7 2.2.2. La fonction secondaire ou complmentaire:..................................................................................... 7 2.2.3. Les fonctions temporaires ................................................................................................................. 8 3. 4. LES CONTRAINTES: ....................................................................................................................................... 8 METHODOLOGIES DE RECENSEMENT DES FONCTIONS DUN PRODUIT .................................... 8 4.1. LA METHODE INTUITIVE................................................................................................................................ 8 4.2. LA METHODE S.A.F.E : SEQUENTIAL ANALYSIS OF FUNCTION ESTIMATION..................................................... 8 4.2.1. Etude des squences d'utilisation...................................................................................................... 9 4.2.2. Etude du cheminement des efforts et des mouvements:..................................................................... 9 4.3. L'EXAMEN DE L'ENVIRONNEMENT ............................................................................................................... 10 4.3.1. Exemple dapplication : Lve vitre lectrique .......................................................................... 10 4.4. EXAMEN D'UN PRODUIT CONCURRENT ........................................................................................................ 11 5. CARACTERISATION DES FONCTIONS ................................................................................................... 11 5.1. LES CRITERES DAPPRECIATION DES FONCTIONS ......................................................................................... 11 5.2. NIVEAU DU CRITERE ................................................................................................................................... 11 5.3. FLEXIBILITE ................................................................................................................................................ 12 5.3.1. Limite d'acceptation: ...................................................................................................................... 12 5.3.2. Taux d'change ............................................................................................................................... 12 5.3.3. Classe de latitude............................................................................................................................ 12 6. 7. EXEMPLE D'APPLICATION: CDCF D'UNE VANNE A COMMANDE PNEUMATIQUE. ................ 13 METHODE DE CLASSEMENT DES FONCTIONS : DIAGRAMME FAST .......................................... 15 7.1. 7.2. 7.3. 7.4. 8. LA METHODE FAST ................................................................................................................................... 15 RECHERCHE DES FONCTIONS DE SERVICES. ................................................................................................ 16 VALIDER LES FONCTIONS DE SERVICE ......................................................................................................... 17 EXEMPLE DAPPLICATION 2 : DIAGRAMME FAST DUN ASPIRATEUR ......................................................... 18

LE CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL .......................................................................................... 19 8.1. DEFINITION ................................................................................................................................................. 19 8.2. ROLE DU CDCF .......................................................................................................................................... 19

9.

EXEMPLE DAPPLICATION I : LEVIER DE FREIN A MAIN............................................................... 20 9.1. PRESENTATION DU LEVIER DE FREIN A MAIN ............................................................................................... 20 9.2. ANALYSE FONCTIONNELLE DU BESOIN ....................................................................................................... 20 9.2.1. Diagramme pieuvre ........................................................................................................................ 21 9.2.2. Caractrisation des lments du milieu environnent ...................................................................... 21 9.2.3. Caractrisation des FS : ................................................................................................................. 22

10. EXEMPLE DAPPLICATION II : CAPOT DE RAMPE DUNE BATTERIE ......................................... 25 10.1. ANALYSE FONCTIONNELLE DU CAPOT DE RAMPE ........................................................................................ 26 10.2. RESISTANCE DES CROCHETS AU CISAILLEMENT .......................................................................................... 28 10.3. RESISTANCE DU CAPOT A LA FLEXION ......................................................................................................... 28

ENIM, 2006, Cours : Etude de Conception, Mca2,

A. BenAmara

10.4. POSITIONNEMENT DES BUTEES DE LIMITATION DE COURSE DE GLISSIERE ................................................... 29 10.5. CHOIX DU SEUIL D'INJECTION ...................................................................................................................... 29 10.6. POSITIONNEUR ............................................................................................................................................ 31 10.7. RETASSURE ET DEMOULAGE ....................................................................................................................... 31 10.8. PLAN DU CAPOT .......................................................................................................................................... 32

Chapitre II : Mthodes de Recherche des Solutions Technologiques. ................... 341. 2. 3. 4. INTRODUCTION ;.......................................................................................................................................... 34 METHODOLOGIES DE CONCEPTION ..................................................................................................... 34 PRINCIPALES ETAPES DU PROCESSUS DE CONCEPTION ............................................................... 35 LA CONCEPTION PRELIMINAIRE ........................................................................................................... 36 4.1. NOTION DE PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT ................................................................................................ 37 4.2. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT .................................................................................................................. 37 4.2.1. Exemple dapplication. ................................................................................................................... 37 4.2.2. Principes de transformation et dadaptation dnergie : les actionneurs ...................................... 40 4.2.3. Principes de transformation et dadaptation de mouvement : les mcanismes .............................. 40 5. RECHERCHE DE SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES. ........................................................................... 40 5.1. STRUCTURE, TOPOLOGIE, GEOMETRIE ET DIMENSIONS DES SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES ......................... 41 5.2. EXIGENCES FONCTIONNELLES DE COMPORTEMENT MECANIQUE................................................................. 41 6. EXEMPLE DAPPLICATION : SECATEUR INFACO.............................................................................. 42 6.1. RECHERCHE DE SOLUTION TECHNOLOGIQUE :............................................................................................. 42 6.2. CLASSEMENT DES SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES ....................................................................................... 44 6.2.1. Dveloppement de la solution 18 .................................................................................................... 44 6.2.2. Dveloppement de la solution 17 .................................................................................................... 45 6.2.3. Dtails techniques des modifications proposes............................................................................. 46

Chapitre III : Optimisation des solutions mcaniques par analyse de la valeur. . 501. 2. 3. INTRODUCTION ;.......................................................................................................................................... 50 VALORISATION DES FONCTIONS; .......................................................................................................... 50 COUT DUNE FONCTION............................................................................................................................. 50 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 4. 5. DEFINITION DU CDCF DU PRODUIT............................................................................................................. 50 ETUDE DES COUTS DE FABRICATION DES COMPOSANTS............................................................................... 51 DEFINITION DES FONCTIONS TECHNIQUES LIEES AUX DIFFERENTS COMPOSANTS ........................................ 52 REPARTITION DES FONCTIONS TECHNIQUES SUR LES FONCTIONS PRINCIPALES : ......................................... 54 CALCUL DES COUTS DES FONCTIONS TECHNIQUES ...................................................................................... 56 CALCUL DES COUTS DES FONCTIONS PRINCIPALES ..................................................................................... 56

BILAN : CLASSEMENT DES FONCTIONS ............................................................................................... 58 SOLUTION OPTIMISEE : ............................................................................................................................. 59


A. BenAmara

Chapitre I : Analyse fonctionnelle


A. BenAmara

Chapitre I : Analyse Fonctionnelle des Produits Mcaniques.1. DfinitionC'est le stade de l'tude du besoin au quel le produit doit rpondre. Ce besoin est dfini par le client ou le service Marketing sous forme d'un cahier des charges dit fonctionnel CDCF. Les fonctions et contraintes doivent tre quantifies, c'est dire qu'on doit prciser pour chaque caractristique la valeur nominale ainsi que les tolrances et le niveau de qualit acceptable. L'analyse fonctionnelle constitue le coeur mme de l'analyse de la valeur. Selon la norme AFNOR lanalyse fonctionnelle est une "Dmarche qui consiste recenser, caractriser, ordonner, hirarchiser et valoriser les fonctions. " C'est une dmarche efficace pour le concepteur d'un produit. Elle applique au niveau du produit les questions poses au niveau des services: Qui est le client direct? Quel est son besoin? Comment le satisfaire? L'analyse fonctionnelle s'applique des produits nouveaux ou des produits existants, en vue de leurs amliorations. Elle dmatrialise (abstraction) le produit pour le traduire en terme de fonction.

2.

Les fonctions:

Selon la norme AFNOR, Une fonction est une action d'un produit ou de l'un de ses constituants exprims exclusivement en terme de finalit . Une fonction est formule par un verbe l'infinitif suivi d'un complment. Lexpression dune fonction fait abstraction de toute rfrence des solutions. En effet, il sagit dexprimer le service rendu par le produit sans prciser comment ce dernier doit assurer le service considr. Pour mieux distinguer les diffrentes catgories de fonction, on peut considrer deux type de classement : une classement selon la nature et un classement selon limportance. 2.1. Classement en fonction de la nature du service 2.1.1. La fonction de service

Rpond au besoin exprim par l'utilisateur. Par exemple: Pour un stylo: Laisser une trace . Pour un verre: Contenir un liquide . Pour une lumire: Eclairer une surface . Pour un moteur lectrique: Transformer l'nergie lectrique en nergie mcanique . 2.1.2. La fonction technique.

N'est pas demand explicitement par l'utilisateur, mais elle est ncessaire au concepteur pour assurer la fonction de service. Selon la norme AFNOR une fonction technique est : Action interne au produit dfini par le concepteur pour assurer les fonctions de service .


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Exemple : La fonction de service d'une paire de lunettes correctives est amliorer la vision . Les fonctions telles que: soutenir le verre , s'appuyer sur les asprits du visage , ne sont pas demandes par l'utilisateur. Ce sont des fonctions techniques. La fonction refroidir un moteur thermique est une fonction technique. Elle est interne au produit. L'automobiliste n'en exprime pas le besoin, mais le concepteur doit l'assurer pour satisfaire le besoin final de l'automobiliste.

Certaines fonctions techniques sont aussi classes en contraintes. Par exemple, les contraintes de construction. Elles traduisent la ncessit d'assurer le montage du mcanisme ou l'utilisation de composants imposs par l'tat de la technique. 2.1.3. La fonction d'estime

Elle est souvent relie un aspect esthtique ou la prsence d'un lment jug valorisant. Pour un stylo: Possder une plume en or . Pour un verre : Avoir le reflet du cristal . Pour un vhicule automobile: Donner une image sportive . 2.2. Classement en fonction de l'importance

Toutes les fonctions nonces durant la phase de recherche n'ont pas un mme degr d'importance vis vis du besoin exprim. Le classement a pour objectif d'tablir une certaine hirarchie entre les diverses fonctions. On tablit un classement en trois grandes familles:

Les fonctions principales, Les fonctions secondaires, Les contraintes.La fonction principale

2.2.1.

C'est la fonction pour laquelle le produit est conu. Un produit peut possder plusieurs fonctions principales: Une paire de lunettes doit: tre en harmonie avec le visage , tre empochable , rsister aux rayures . Un moteur lectrique doit: fournir une puissance mcanique et tre fiable . Une fonction d'estime constitue la fonction principale pour certains produits: o Possder une voiture de luxe. o Donner une image dynamique. 2.2.2. La fonction secondaire ou complmentaire:

On recense dans cette classe toutes les fonctions qui ne sont pas principales. Mais cette construction doit pouvoir offrir de nombreuses autres fonctions, ncessaires, mais classes comme secondaires par rapport la fonction principale. La fonction principale d'un abri bus est d'abriter les passagers. Les usages doivent pouvoir: Reprer aisment la ligne de bus; Visualiser les bus qui arrivent (tout en tant abrits); S'informer sur le service, etc.


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2.2.3.

Les fonctions temporaires

Les fonctions temporaires sont utilises durant certaines phases de la vie d'un produit. Un produit est livr dans son emballage en tat de fonctionnement. Le transport (routier, maritime, ferroviaire) ne doit pas altrer ses qualits. La fonction emballage , bien que temporaire, elle rpond un besoin vital pour la qualit du produit. Une fonction protectrice peut tre: Technique : rsistance au choc, l'humidit ; D'estime : tui bijoux , sachet pour un parfum ou un vtement .

3.

Les contraintes:

Selon la norme AFNOR une contrainte est une limite la libert du concepteur - ralisateur du produit . Elles sont imposes par : Une norme, un texte de loi, un brevet (proprit industrielle), l'indisponibilit d'un matriau, les dlais impartis, etc.

4.

Mthodologies de recensement des fonctions dun produit

Parmi les mthodes de recensement des fonctions on distingue : La mthode intuitive qui consiste se placer la place de l'utilisateur du produit et noncer les fonctions tracer les services rendus. La mthode S.A.F.E. : Sequential Analysis of Function Estimation. L'examen de l'environnement: Conditions imposes par l'environnement L'examen d'un objet type: Il consiste examiner un produit concurrent dj existant. 4.1. La mthode intuitive.

Il sagit de se substituer lutilisateur (se mettre sa place) et de prononcer les services attendus du produit concevoir. Cette mthode basique peut servir pour la conception de produit de complexit trs rduite. 4.2. La mthode S.A.F.E : Sequential Analysis of Function Estimation.

Cette mthode est base sur ltude des squences dutilisation du produit ainsi que ltude des cheminements des efforts et mouvement. Il est donc ncessaire davoir une ide, non seulement sur les modes dutilisation du produit (squences opratoires), mais aussi sur la structure fonctionnelle du produit pour permettre dexaminer les efforts et les mouvements. La mthode S.A.F.E. peut aussi tre applique la recherche des diffrentes fonctions assures durant la vie du produit: fonctions temporaires de protection, fonction prvues pour le transport, fonctions prvues pour la maintenance du produit, etc. Lors de ltude des squences dutilisation il est aussi recommand de tenir compte des contraintes (normes, rglements d'hygine, les textes de loi sur l'environnement, etc.). Certains utilisateurs peuvent possder des normes de scurit internes l'entreprise (agroalimentaire, aronautique). Pour mieux illustrer cette mthode nous considrons lexemple suivant : Recherche des fonctions sur un bidon (figure ci-dessous).


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Exemple : Mthode SAFE 4.2.1. Etude des squences d'utilisation.

Elle consiste exprimer les fonctions assures travers les diverses squences d'utilisation du produit. Pour lexemple considr (cf. figure ci-dessus) : L'utilisateur le pose sur un support: Il doit tre stable. Il faut donc qu'il soit prenable. Le conteneur vide doit tre lger. Il ne doit pas glisser de la main. Il doit tre adhrant. Il doit tre rempli avec un entonnoir. Il doit contenir un liquide. Son ouverture doit pouvoir verser. L'utilisateur le bouche. Il doit tre tanche. Au travers de ces tapes dutilisation, 8 fonctions (stable, prenable, lger, adhrant, etc.) ont t identifies. Il est aussi possible de considrer dautres squences dutilisation (stockage, transport, etc.) qui peuvent gnrer dautres fonction de ce produit. 4.2.2. Etude du cheminement des efforts et des mouvements:

Cette technique consiste exprimer les fonctions partir des efforts exercs sur objet et des mouvements qu'il subit. Pour lexemple trait, le bidon doit: Rsister la pression localise de la main; Rsister la pression du liquide; Rsister sans fuite chutes accidentelle: Rsister au choc. Le liquide contenu peut tre corrosif. Le bidon doit tre chimiquement neutre. Aucune particule ne doit se dtacher du bidon et se mlanger au produit (dfaut de surface interne). Il doit pouvoir tre stock et transport.


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4.3.

L'examen de l'environnement

Cette mthode consiste tudier les interactions du produit avec son environnement. Loutil pieuvre ou bte corne est le moyen privilgi pour dresser les diagrammes des interacteurs dun produit. 4.3.1. Exemple dapplication : Lve vitre lectrique

Sur lexemple ci-dessous, on considre le produit lve vitre lectrique utilis sur la plus part des voitures actuelles pour faciliter la monte et la dcente des carreaux de vitre. Le systme de lve vitre a des multiples phases de vie. Le diagramme pieuvre reprsent ci-dessous est relatif aux phases a, b, c, d, e, f illustre par le tableau ci-dessous : 4.3.1.1. Phases dutilisation du systme lve vitre lectrique a : Activit de la vitre 1 - Monte de la vitre 2 - Descente de la vitre 3 - Vitre larrt (pas de mouvement) b : Position de la vitre 1 - En bute basse 2 - Entre bute basse et limite infrieure de la zone de dtection 3 - Dans la zone de dtection 4 - Entre la limite haute de la zone de dtection et le joint de porte 5 - Entre le contact avec le joint de porte et la bute haute 6 - En bute haute c : Prsence dobstacle dans le champ daction de la vitre d : Temprature 1 - Pas dobstacle 1 - Temprature -40 2 - Avec obstacle cylindrique de raideur 5N/mm 2 - Temprature comprise entre -40 et 0 3 - Avec obstacle cylindrique de raideur 10N/mm 3 - Temprature comprise entre 0 et 90 4 - Avec obstacle cylindrique de raideur 20N/mm 4 - Temprature 90 e : Environnement vibratoire du systme f : Environnement 1 - Vibrations comprises entre 0 Hz et 20 Hz 1 - Sous ambiance poussireuse 2 - Vibration comprises entre 20 Hz et 120 Hz 2 - Sous brouillard salin 3 - Sous pluie, etc.

4.3.1.2. Diagramme pieuvre du systme lve vitre lectrique

Diagramme pieuvre : lve vitre lectrique 4.3.1.3. Fonctions caractristiques du systme lve vitre lectrique FS1 : Le LV permet au Client de manuvrer et positionner la Vitre FS3 : Le LV doit sadapter au calculateur multiplex


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FS4 : Le LV doit respecter les normes et rglement en vigueur FS5 : Le LV doit sadapter lenvironnement FS6 : Le LV doit rsister aux obstacles FS7 : Le LV doit sadapter aux spcifications de la batterie 4.4. Examen d'un produit concurrent

Il est toujours intressant d'effectuer l'tude des produits similaires existants sur le march. Ils peuvent prsenter des fonctionnalits particulires. Ils peuvent aider dterminer certains critres utiles pour la dfinition du niveau de qualit. Cette technique de recensement des fonctions est trs courante dans le milieu industriel. Il est permit de copier les fonctionnalits dun produit, mais il nest pas autoris de copier les technologies permettant de raliser ces fonctionnalits. En effet, les tlphones portatifs type GSM de nos jours intgrent quasiment les mmes fonctionnalits (rpertoire, camera, agenda, etc.) amis la technologie support de ces fonctionnalits diffre dun constructeur un autre. Ltude des produits de rfrence permet, dune part, de recenser les fonctionnalits intressantes (pour les utilisateurs) en vue de les supporter dans les produits concevoir, et dautre part, didentifier les dfaut des ces produits de rfrence en vue de les viter.

5.

Caractrisation des fonctions

La caractrisation des fonctions et contraintes dun produit consiste spcifier les critres dvaluation permettant dvaluer la faon avec laquelle une fonction est remplie ou une contrainte est respecte. 5.1. Les critres dapprciation des fonctions

Selon la norme AFNOR un critre dapprciation dune fonction ou dune contrainte est le critre retenu pour apprcier la manire dont une fonction est remplie ou une contrainte respecte A chaque fonction est assorti un ou plusieurs critres dapprciation. Par exemple, la fonction technique Guidage en rotation peut tre apprcie par les diffrents critres suivants : Vitesse de rotation, charges radiales, dure de vie, fiabilit, niveau acoustique, etc. 5.2. Niveau du critre

A chaque critre correspond un niveau objectif atteindre. Pour la fonction guider en rotation :Critre dapprciation Vitesse Faux rond sous 3000 N Raideur au droit de la charge Dure de vie fiabilit Puissance dissipe Niveau acoustique Niveau 2000 t/mn 0,005 mm 50000 daN/mm 25000 Heures 0,97 200 W 45 dBA


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5.3.

Flexibilit

Chaque niveau de critre est assorti d'une flexibilit qui fixe la latitude du concepteur par rapport l'objectif atteindre. Cette notion constitue un lment fondamental pour le C.D.C.F. La flexibilit s'exprime sous trois formes: 5.3.1. Limite d'acceptation:

C'est une limite suprieure ou infrieure, au-del de laquelle la fonction n'est plus satisfaite. Elle est imprative et incontournable. Par exemple : Faux rond sous 3000 N : 0,005mm avec une limite d'acceptation de 0,008 mm. Toute mesure rvlant un faux rond suprieur 0,008 mm sous 3000N entrane un non-respect du cahier des charges. 5.3.2. Taux d'change

C'est un rapport entre deux critres. Il relit souvent le niveau d'une fonction au cot engager. Soit par exemple : Vitesse de pointe: 200 Km/h avec un taux d'change de 1 Km/h pour X Dinars. Toute solution proposant une diminution de vitesse doit s'accompagner d'une diminution relative du cot. 5.3.3. Classe de latitude

Elle dfinit le dgr de ngociabilit du critre. Par exemple : 0 Le niveau de critre est impratif. 1 La flexibilit est trs faible. Toute remise en cause doit apporter un gain considrable sur d'autres critres. 2 Le niveau de critre peut tre discut au plan conomique. 3 Bonne flexibilit. Le niveau du critre peut tre modifi pour amliorer la comptitivit du produit.Exemple : Guidage en rotation : Critre de la fonction Vitesse Faux rond sous 3000 N Raideur au droit de la charge Dure de vie Fiabilit Puissance dissipe Niveau acoustique 0,97 200 W 45 dBA Niveau du critre 2000 t/mn 0,005 mm 50000 daN/mm Limite dAccept. 0,008 mm 46000 daN/mm 25000 H Latitude

0

0

2 0 3 2


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6.

Exemple D'application: CDCF d'une vanne commande pneumatique.

Exemple : Vanne commande pneumatique


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CDCF : Vanne commande pneumatiquea- AdaptabilitLe corps de la vanne est universel. Il doit pouvoir s'adapter tous les produits de la mme famille: vanne commande manuelle, vanne commande lectrique, vanne pour fluides corrosifs, etc.

b- Obturer sans manoeuvre extrieureL'obturation devra tre automatiquement ralise en l'absence de commande extrieure. Elle devra rpondre aux critres noncs: Obturer les fluides suivants: fuel, essence, ptrole, huile minrale et synthtique. La fourchette de temprature tolre sera: 5C 80C ces deux limites constituent des limites d'acceptation. Pour une pression de 10 Bar. Ce niveau de pression constitue une limite d'acceptation. Le temps de fermeture dfini entre l'instant ou l'en cesse de fournir une nergie pneumatique et l'instant ou le dbit de fuite est nul, sera de deux secondes. Cet objectif est assortit d'une classe de latitude de niveau 2. Le dbit de fuite durant la priode d'obturation sera nul. Cet objectif est assortit d'une classe de latitude de niveau 0. Ce dbit nul devra tre assur pour un objectif temps correspondant 5000 H d'utilisation pour une frquence moyenne de manoeuvre de 10 obturations par heure. Cet objectif est assortit d'une classe de latitude de niveau 1.

c- Laisser passerAutoriser un dbit de 0.25 Ils pour une veine fluide s'coulant une vitesse de 2m/s. Ce niveau constitue une limite d'acceptation. Les pertes de charge au passage de la vanne ne devront pas dpasser 0.5 Bar. Cette limite est une limite d'acceptation. Le temps d'ouverture dfinit entre l'instant ou l'en commande l'ouverture par pression d'air comprim (dbit de fuite est nul) et l'instant ou le dbit est maximum sera de 1s. Cet objectif est assortit d'une classe de latitude de niveau 2.

d- Capter et vacuerLe produit pourra s'adapter sur des tuyauteries filetes conformment aux normes en vigueur.

e- Evacuer les dchetsUn dispositif devra permettre d'vacuer des dchets qui s'accumulent contre la soupape.

f- Pouvoir dmontrerOn devra pouvoir effectuer un changement des pices d'usure et des pices assurant l'tanchit dans le cadre d'une maintenance prventive.

g- Utiliser l'air comprim.La commande de l'ouverture sera assure par l'utilisation d'air comprim sous une pression de 6 Bar. L'ouverture doit pouvoir tre effectue dans des conditions de temps moins svres sous une pression de 3 Bar. Ce niveau constitue une limite d'acceptation. Le systme traitant l'air comprim devra pouvoir rsister a une pression d'air de 16bar. Ce niveau constitue une limite d'acceptation.

h- Fiabilit : Le taux de dfaillance sera gal: 1,6 .10-6/heure.


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7.

Mthode de classement des fonctions : Diagramme FAST

Le classement de fonctions dun produit permet d'tablir un graphe d'analyse fonctionnelle qui reprsente le produit travers ses fonctions (reprsentation de la structure fonctionnelle). On peut galement classer les fonctions techniques (internes au produit). Cela dpend de l'exploitation qui doit tre faite de l'analyse. Soit l'exemple suivant: La vanne commande pneumatique prsente ci dessous:

Une recherche des fonctions de service permet d'tablir: Les fonctions principales: Obturer sans manoeuvre extrieure, Laisser passer sous manoeuvre extrieure. Evacuer les dchets (Boues, gravillons), Capter le fluide, Evacuer le fluide. Pouvoir dmonter pour changer un organe d'usure, Utiliser de l'aire comprime, Respecter les standards de jonction normaliss.

Les fonctions secondaires:

Les contraintes:

Le produit, traduit en termes de fonctions, est reprsent ainsi:

La mthode de FAST, mise au point par Charles W.Bytheway en 1964, permet dtablir un classement des fonction dun produit et de gnrer ainsi un diagramme FAST.7.1. La Mthode FAST

Un diagramme FAST permet dtablir le lien entre le besoin fondamental et larchitecture dun produit, en passant par les fonctions de service (extrieures au produit) et les fonctions techniques (internes au produit). Lorsque les fonctions de services sont identifies, la mthode FAST les ordonne


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et les dcompose suivant une logique fonctionnelle pour aboutir aux solutions techniques de ralisation. Cet outil danalyse vise particulirement lanalyse fonctionnelle dun produit existant. Les fonctions connues sont crites dans des rectangles ou botes ("vignettes rectangulaires FAST"). La mthode FAST Function Analysis System Technique permet de hirarchiser les fonctions en rpondant aux questions Pourquoi ?, Comment ? et Quand ?

.

Les rponses aux questions Pourquoi ? permettent de regrouper les fonctions principales. Les rponses aux questions Comment ? permettent de regrouper les fonctions qui doivent tre ralises simultanment. Cette question relie les fonctions qui se situent un mme niveau de service. Les rponses aux questions Quand ? permettent de regrouper les fonctions secondaires. La mthode FAST permet lorsque les fonctions de service sont identifies de les ordonner et obtenir une dcomposition en fonctions techniques (FT) pour aboutir aux solutions technologiques.Elle sappuie sur la technique interrogative suivante :Quand cette fonction doit-elle tre assure ?

Quand ? FONCTION

Pourquoi ?Pourquoi doit-elle tre assure ?

Comment ?Comment doit-elle tre assure ?

Remarque : Cet outil danalyse fonctionnelle sadapte particulirement lanalyse dun produit existant. On construit ainsi le F.A.S.T (Function Analysis System Technique) relatif au moulinet : 7.2. Recherche des Fonctions de services.

Loutil diagramme pieuvre est utilis pour analyser les besoins et identifier les fonctions de service dun produit. En analysant le produit, on peut dduire le diagramme pieuvre, graphique circulaire qui met en vidence les relations entre les diffrents lments de lenvironnement du produit et le produit. Ces diffrentes relations sont appeles les fonctions de services qui conduisent la satisfaction du besoin : pcher.


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Parmi les fonctions retenues, on distingue deux types de fonctions de service : les fonctions principales (FP : liaison entre deux lments extrieurs par lintermdiaire du moulinet) et les fonctions contraintes (FC : liaison entre un lment extrieur et le moulinet) : FP1 : Permettre lutilisateur dagir sur le fil. FP2 : Ne pas gner lutilisateur dans le maniement de la canne. FC1 : Eviter la rupture du fil. FC2 : Se fixer sur tout type de canne. FC3 : Sadapter lutilisateur. FC4 : Rsister aux agressions du milieu extrieur. FC5 : Respecter les normes en vigueur en terme de scurit, de pollution et de dimensions de fil.

7.3.

Valider les fonctions de service

Il sagit de sassurer du bien fond et de la stabilit de chacune des fonctions de service en rpondant aux questions suivantes : But ?, Raison ?, Disparition ? Nous allons prsenter ici seulement deux exemples, le reste de la validation tant fourni en annexe. FP2 : But : Tenue de la canne possible et agrable Raison : Volume et masse importants gneraient le maniement de la canne Disparition : Moulinet infiniment lger Fp1 valide FC3 : But : Utilisation universelle Raison : Manuvrer, utiliser le moulinet sans effort Disparition : Systme automatique Fc1 valide Fonction FP1 :


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7.4.

Exemple dapplication 2 : Diagramme FAST dun aspirateur

Ce graphe reprsente le produit dmatrialis. Il sert de rfrence l'tablissement dune tude de type analyse de la valeur.


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8.

Le cahier des charges fonctionnelDfinition

8.1.

Selon la norme AFNOR, le CDCF est un Document par lequel le demandeur exprime son besoin en terme de fonction de service et de contraintes. Pour chacune d'elle sont dfinis des critres d'apprciation et leurs niveaux. Chacun de ces niveaux est assorti d'une flexibilit . 8.2. Rle du CDCF

Le C.D.C.F. est une interface entre un demandeur et un fournisseur (ou concepteur). Il fixe les devoirs et les latitudes des divers partenaires industriels. Le demandeur y exprime son besoin en dmatrialisant le produit sous forme de fonctions et contraintes. Lanalyse fonctionnelle est loutil privilgi pour laborer des CDACF Le concepteur rpond au cahier des charges en exerant sa comptence dans le choix des solutions et des techniques. Le C.D.C.F. laisse "l'homme de l'art" toutes les possibilits d'innovation. Le C.D.C.F. est un outil qui permet: L'innovation. Il ne prescrit aucune solution, mais uniquement des fonctions satisfaire; La comptitivit. Il n'impose aucune caractristique superflue et laisse au spcialiste le soin d'exercer sa comptence; La concurrence. Le C.D.C.F. s'labore dans un groupe de travail runissant les spcialistes de divers services: Le groupe d'analyse fonctionnelle. Le C.D.C.F. s'excute: Au niveau d'un produit nouveau ou d'un projet: C'est un lment des contrats d'tude et de dveloppement. Il est associ aux autres cahiers des charges. Il est parfois intgr dans le C.C.T.P. : Cahier des Clauses Techniques Particulires; Au niveau d'un sous-ensemble; Au niveau d'une fonction..

Le C.D.C.F. peut se pratiquer vis vis: De clients externes l'entreprise; De clients internes ou clients directs (entre les diffrents services d'une mme entreprise). Dans la partie suivante nous prsentons quelques exemples dillustration.


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9.

Exemple dapplication I : levier de frein main

Le cahier des charges propos ici n'est pas celui de Renault qui est confidentiel. La ressource ralise est une transposition de la problmatique industrielle en un document qui permet une appropriation par l'enseignant. L'intitul des fonctions, des critres ainsi que les valeurs forment un tout cohrent. Les valeurs sont principalement issues de l'analyse du systme et de mesures. Les outils utiliss (diagramme pieuvre et bloc diagramme) pour raliser l'analyse fonctionnelle du besoin et l'analyse fonctionnelle technique sont galement utiliss dans l'industrie automobile. L'appropriation du support est donc propose au travers de l'utilisation de ces outils industriels. 9.1. Prsentation du levier de frein main

Afin de maintenir le vhicule en position prolonge larrt (moteur larrt ou tournant), lutilisateur actionne le levier de commande du frein de stationnement. Sur les nouvelles Mgane, ce levier sintgre parfaitement dans le poste de conduite et renforce le design gnral. Il a t dessin pour ressembler une commande davion.

Ce frein doit tre directement actionn par le conducteur et ne pas ncessiter lutilisation du moteur. Il a aussi une fonction de frein de secours. Ainsi, le levier de commande est actionn par l'utilisateur et vient par un systme de transformation de mouvement et un cble actionner les freins arrires. Ce systme purement mcanique doit garantir le maintien en position du vhicule et donc le maintien de leffort de serrage. Un dispositif directement intgr dans le levier de commande permet de maintenir automatiquement la tension dans le cble. Ce dispositif peut tre dverrouill par le conducteur. 9.2. Analyse Fonctionnelle du Besoin

Limite de ltude : Ltude se limite au levier de commande compos de {levier, socle, poussoir, came, contacteur}. Le levier de commande se monte sur la caisse. Il est connect un cble qui va actionner les freins. L'ensemble {cble + frein} est appel rcepteur. Le rcepteur et la caisse seront intgrs dans le mme lment du milieu extrieur appel "vhicule". Enonc du besoin : Le levier permet au conducteur de maintenir immobile le vhicule en agissant sur les freins. Phase de vie: Utilisation du levier Verrouillage automatique du frein de stationnement Dverrouillage du frein de stationnement par le conducteur Maintien en position du levier de commande


A. BenAmara

9.2.1.

Diagramme pieuvre

FS1 Le levier permet au conducteur de maintenir immobile le vhicule en agissant sur les freins FS2 Le levier doit allumer le voyant lorsque la position est suffisante FS3 Le levier doit respecter les normes et rglementations FS4 Le levier doit rsister lambiance FS5 Le levier doit s'adapter lenvironnement FS6 Le levier doit satisfaire l'agrment du conducteur FS7 Le levier doit rsister aux sollicitations du conducteur 9.2.2. Caractrisation des lments du milieu environnent Critre effort en N (vertical ascendant au milieu de la poigne) Niveau 650 N 250 N 57dB 10dB 32N 45 N 6 mm 1cm2 mini Limite maxi mini maxi maxi mini maxi

conducteur Qualification Effort vertical pour actionner le levier

Bruit acceptable par le Bruit 100 mm du levier conducteur Ecart entre 2 bandes de spectre Effort du pouce Capacit actionner le Effort du pouce levier Course du pouce Surface de contact Vhicule = { caisse + intrieur vhicule + cble + frein+ ...} Qualification masse taille du cble frein tambour Critre PTAC Diamtre diamtre Niveau 1195 kg 4 mm

Limite

240 mm (type DP240) 3000N mini

rsistance du cble la Effort rupture

Voyant Qualification alimentationAmbiance Qualification Critre Niveau Limite

Critre Tension

Niveau 12V

Limite


A. BenAmara

graisse

viscosit Acidit

X Y

X min, X max Y min, Y max

Nous ne disposons pas d'lments nous permettant de donner les valeurs de ces critres Environnement Qualification volume balay pour non interfrence fixation au plancher 9.2.3. Critre angle maxi Longueur angle repos nombre de fixations Niveau 40 400 mm 0 4 mini Limite maxi maxi

Caractrisation des FS : Critre masse voiture inclinaison route effort appliqu par le rcepteur sans que le levier ne bouge nombre Niveau 2000Kg charge 30% 200 N Limite maxi maxi maxi

FS1 : Le levier permet au conducteur de maintenir immobile le vhicule en agissant sur les freins Qualification couple (masse / inclinaison) limite de maintien rversibilit

nombre de cycles

100 000 pour 250 N sur la mini poigne (vertical ascendant au milieu de la poigne) 1600 N

Effort maxi tension du cble

Effort sur le cble pour 370 N sur la poigne (vertical ascendant au milieu de la poigne)

variation d'effort (vertical effort ascendant au milieu de la poigne)entre deux crans autour de la position d'immobilisation

30N 36N

mini maxi

loi de commande: relation quation droite. La relation est linaire. entre la position angulaire voir courbe ci-dessous et l'effort fournir sur le (effort vertical ascendant levier au milieu de la poigne) Rapport d'amplification 2 3 mini maxi


A. BenAmara

FS2 : Le levier doit allumer le voyant du tableau de bord Qualification dure de vie Critre nombre de cycles Niveau 100 000 10 Limite mini mini

position angulaire de la Angle premire dent efficaceFS3 : Le levier doit respecter les normes et rglement en vigueur Qualification recyclabilit inflammabilit Critre plastique recyclable (thermoplastique) plastique auto extinguible

Niveau 100% 100% 5mm (un doigt ne doit pas pouvoir passer)

Limite

accessibilit du jeu entre levier et console mcanisme une fois mont

maxi

Remarque: la console est la pice centrale qui sert d'accoudoir. FS4 : Le levier doit rsister lambiance Qualification dure de vie tenue la corrosion Critre nombre d'annes Niveau 10 ans Limite mini maxi

% surface visible corrode / surface totale 0

FS5 : Le levier doit s'adapter l'environnement Qualification Critre Niveau Limite Nous ne disposons pas d'lments nous permettant de donner les valeurs de ces critres


A. BenAmara

FS6 : Le levier doit satisfaire l'agrment du conducteur Qualification Aspect Critre Niveau Limite maxi

dfaut de symtrie entre 1mm le levier et les deux passages dans la console jeu entre console et levier 0.5 taille bavure Temprature 0.05 mm de -40 70

aucun frottement parasite Toucher plage temprature pour le respect des conditions d'aspect

mini maxi

FS7 : Le levier doit rsister aux sollicitations du conducteur Qualification Critre Niveau 0 Limite maxi dformation permanente admissible avec % dformation une sollicitation transversale de 300N permanente sur la poigne flche verticale au milieu de la poigne pour un effort de 30 N Flche

5mm 0

maxi maxi

dformation permanente admissible avec % dformation une sollicitation verticale en utilisation permanente de 390N sur la poigne Protection du contacteur contre les agressions de l'utilisateur

espacement entre le 5mm mcanisme et la console qui protge le mcanisme

maxi


A. BenAmara

10. Exemple dapplication II : Capot de rampe dune batterieLe produit tudi est un capot de rampe d'une batterie qui est un des lments du couvercle de batterie. Le capot permet la mise en place des bouchons et leur enlvement simultan lors des visites. De plus, il participe l'tanchit.

Les bouchons permettent l'obturation des orifices du couvercle tout en autorisant l'vacuation des gaz produits lors de la raction chimique. Les autres composants de la batterie sont : La cuve: compartimente, elle permet de recevoir les lments et l'lectrolyte. Son embase permet la fixation sur le vhicule. Le couvercle: thermosoud sur la cuve, il assure l'tanchit de l'ensemble. Il comporte deux inserts constituants les bornes + et -. Six orifices de section circulaire permettent l'introduction de l'lectrolyte et les visites pour l'entretien. En utilisation, ces orifices sont obturs par des bouchons. Une poigne: articule sur le couvercle, elle facilite le transport de la batterie Des caches bornes: ils contribuent la scurisation de la batterie et participent l'esthtique de l'ensemble ainsi qu'ou reprage des diffrents modles (couleurs diffrentes)


A. BenAmara

10.1. Analyse fonctionnelle du capot de rampe

FP1: Permettre la mise en place simultane des bouchons par l'utilisateur FP2: Permettre la dpose par soulvement des bouchons par l'utilisateur FC1: Recevoir les bouchons par clipsage FC2: S'adapter aux formes et aux dimensions du couvercle FC3: Faciliter l'intervention de l'utilisateur lors du dmontage FC4: S'intgrer l'esthtique de l'ensemble FC5: Rsister aux agents acides prsents dans la batterieValeurs 6 bouchons - plan mini 210 x 24

Critres d'apprciation FP1 -apui plan entre la face suprieure des bouchons et le capot -autopositionnement des bouchons dans leurs orifices de montage par une liaison glissire suivant l'axe x: - course limite suivant x par bute. Dcalage maxi bouchon/orifice - jeu fonctionnel suivant y - jeu fonctionnel suivant z - espacement entre les orifices - jeu latral suivant z entre capot et couvercle

e=3mm 0.150.15 0.750.15 38mm jeu mini =0.5 mm


A. BenAmara

FP2

- Rsistance des clips au cisaillement

- Rsistance du capot la flexion E=1.5 mm; L=12 mm; F=10N; rsistance au cisaillement 15 MPa; Coefficient de scurit s=2 - Forme clipsage non dmontable effort utilisateur F=26N coefficient de scurit de 2 angle de retenue 90 FC1 FC2 - angle d'entre favorisant le montage -surface enveloppe du couvercle angle d'entre maxi 60

-cart maxi entre les profils capot/couvercle FC3 - forme encoche permettant de dcoller le capot du couvercle avec l'ongle ou un outil FC4 - traces d'injection sur les faces visibles capot mont -prsence d'un positionneur longitudinal calant le capot au montage pour viter le dbordement FC5 Matire choisie rsistant aux acides

1 mm

h x l =1.5 x 14 mm mini

aucune

dbordement maxi 1mm

PP Stamylan


A. BenAmara

10.2. Rsistance des crochets au cisaillement Les clips sont modliss par des poutres encastres cisailles la base.

E=1.5 mm; L=12 mm; F=10N; rsistance au cisaillement 15 MPa; Coefficient de scurit s=2

La forme du clip permet de rsister au cisaillement lors de la dpose 10.3. Rsistance du capot la flexion Hypothses: Toutes les actions mcaniques sont situes dans le plan de symtrie (O,x,y). Le contact en B est considr comme un appui simple. La force F reprsente l'action exerce par l'utilisateur. Le cas le plus dfavorable correspond l'action simultane de quatre bouchons (action d'un bouchon = 10N) On considre que la section du capot est constante sur toute la longueur. Trois sections diffrentes sont testes.

est maxi=40Mpa D'aprs le cahier des charges, un coefficient de scurit de 2 est demand. La section S3 vrifie la condition: C'est donc la section S3 qui est retenue.

Le calcul nous donne S1=44Mpa; S2=25.3Mpa; S3=19.59Mpa La limite la flexion du matriau


A. BenAmara

Remarque: L'usage des outils classiques de la rsistance des matriaux est commun dans le dimensionnement de pices plastiques. Rappelons que les lois utilises en RdM sont pour des matriaux ayant un comportement lastique (loi de Hooke). Les matriaux plastiques ont eux un comportement plutt de type viscoplastique. Il y a donc un cart entre le rsultat obtenu par le calcul et la ralit. Nanmoins les outils de rsistance des matriaux sont utiliss depuis longtemps et le retour d'exprience a permis matriser les carts. Ainsi, beaucoup de fabricants de matires proposent des abaques utilisant ces outils pour le dimensionnement. Aussi, il convient de prendre un coefficient de scurit pour palier ces carts. Un coefficient de scurit de 2 apparat comme raisonnable. 10.4. Positionnement des butes de limitation de course de glissire Les bouchons sont en liaison glissire avec le capot de rampe pour permettre un auto positionnement. Nanmoins, la course de cette liaison glissire est limite par l'cartement maxi entre l'axe d'un bouchon et l'axe de son orifice en vis vis. Le calcul de la position des butes fait l'objet de deux chanes de cotes. Equation sur les nominaux: e= cf1 - c - b1 - b2 => c f1= 1.5 + 38 +12 +12 = 63.5 Equation sur les IT (calcul arithmtique): ITe= ITcf1 + ITc + ITb1 + ITb2 => ITc f1= 3 - 0.2 - 0.05 - 0.05 = 2.7 d'o cf1 = 63.51.35

Equation sur les nominaux: e= c - b2 - cf2 - b1 => c f2= 38 -12 - 12 - 1.5 = 12.5 Equation sur les IT (calcul arithmtique): ITe= ITc + ITb2 + ITcf2 + ITb1 => ITc f2= 3 - 0.2 0.05 - 0.05 = 2.7 d'o cf2 = 12.51.35 10.5. Choix du seuil d'injection Afin de choisir la position du seuil d'injection, quatre positions diffrentes ont t testes. Il s'agit de choisir le meilleur compromis en tenant compte : du cahier des charges


A. BenAmara

des caractristiques matires (Temprature d'injection = 230C et Contrainte de cisaillement maxi pour l'coulement = 0.26 MPa) des donnes outillage: Moule deux empreintes et dcarottage automatique souhait l'ouverture de l'outillage

Remarque: - Si la contrainte de cisaillement maxi est dpasse, la matire est dtriore. - Si la temprature mini du front de matire est trop carte de la temprature d'injection, la solidification se fera trop tt et le remplissage sera mauvaisInconvnients - pression de remplissage leve - Contrainte de cisaillement proche de la limite mais acceptable

Avantages - Aspect respect - Seuil situ dans une zone de sollicitation Position 1 faible. -Bonne orientation -Ecart thermique /Tinj acceptable (

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Cours Etude de Conception Mécanique by walidenim