Cours Etude de Conception

Fascicule de Cours

Etude de Conception

A B E N A M A R A 2 0 0 5 2 0 0 6

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Deacutepartement de Geacutenie Meacutecanique

Deuxiegraveme Anneacutee Geacutenie Meacutecanique

Tables de Matiegraveres

Chapitre I Analyse Fonctionnelle des Produits Meacutecaniques 6 1 DEFINITION 6 2 LES FONCTIONS 6

21 CLASSEMENT EN FONCTION DE LA NATURE DU SERVICE 6 211 La fonction de service 6 212 La fonction technique 6 213 La fonction destime 7

22 CLASSEMENT EN FONCTION DE LIMPORTANCE 7 221 La fonction principale 7 222 La fonction secondaire ou compleacutementaire 7 223 Les fonctions temporaires 8

3 LES CONTRAINTES 8 4 METHODOLOGIES DE RECENSEMENT DES FONCTIONS DrsquoUN PRODUIT 8

41 LA METHODE INTUITIVE 8 42 LA METHODE SAFE SEQUENTIAL ANALYSIS OF FUNCTION ESTIMATION 8

421 Etude des seacutequences dutilisation 9 422 Etude du cheminement des efforts et des mouvements 9

43 LEXAMEN DE LENVIRONNEMENT 10 431 Exemple drsquoapplication laquo Legraveve vitre eacutelectrique raquo 10

44 EXAMEN DUN PRODUIT CONCURRENT 11 5 CARACTERISATION DES FONCTIONS 11

51 LES CRITERES DrsquoAPPRECIATION DES FONCTIONS 11 52 NIVEAU DU CRITERE 11 53 FLEXIBILITE 12

531 Limite dacceptation 12 532 Taux deacutechange 12 533 Classe de latitude 12

6 EXEMPLE DAPPLICATION CDCF DUNE VANNE A COMMANDE PNEUMATIQUE 13 7 METHODE DE CLASSEMENT DES FONCTIONS DIAGRAMME FAST 15

71 LA METHODE FAST 15 72 RECHERCHE DES FONCTIONS DE SERVICES 16 73 VALIDER LES FONCTIONS DE SERVICE 17 74 EXEMPLE DrsquoAPPLICATION 2 DIAGRAMME FAST DrsquoUN ASPIRATEUR 18

8 LE CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL 19 81 DEFINITION 19 82 ROLE DU CDCF 19

9 EXEMPLE DrsquoAPPLICATION I LEVIER DE FREIN A MAIN 20 91 PRESENTATION DU LEVIER DE FREIN A MAIN 20 92 ANALYSE FONCTIONNELLE DU BESOIN 20

921 Diagramme pieuvre 21 922 Caracteacuterisation des eacuteleacutements du milieu environnent 21 923 Caracteacuterisation des FS 22

10 EXEMPLE DrsquoAPPLICATION II CAPOT DE RAMPE DrsquoUNE BATTERIE 25 101 ANALYSE FONCTIONNELLE DU CAPOT DE RAMPE 26 102 RESISTANCE DES CROCHETS AU CISAILLEMENT 28 103 RESISTANCE DU CAPOT A LA FLEXION 28

ENIM 2006 Cours Etude de Conception Meacuteca2 A BenAmara

104 POSITIONNEMENT DES BUTEES DE LIMITATION DE COURSE DE GLISSIERE 29 105 CHOIX DU SEUIL DINJECTION 29 106 POSITIONNEUR 31 107 RETASSURE ET DEMOULAGE 31 108 PLAN DU CAPOT 32

Chapitre II Meacutethodes de Recherche des Solutions Technologiques 34 1 INTRODUCTION 34 2 METHODOLOGIES DE CONCEPTION 34 3 PRINCIPALES ETAPES DU PROCESSUS DE CONCEPTION 35 4 LA CONCEPTION PRELIMINAIRE 36

41 NOTION DE PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT 37 42 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT 37

421 Exemple drsquoapplication 37 422 Principes de transformation et drsquoadaptation drsquoeacutenergie les actionneurs 40 423 Principes de transformation et drsquoadaptation de mouvement les meacutecanismes 40

5 RECHERCHE DE SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES 40 51 STRUCTURE TOPOLOGIE GEOMETRIE ET DIMENSIONS DES SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES 41 52 EXIGENCES FONCTIONNELLES DE COMPORTEMENT MECANIQUE 41

6 EXEMPLE DrsquoAPPLICATION SECATEUR INFACO 42 61 RECHERCHE DE SOLUTION TECHNOLOGIQUE 42 62 CLASSEMENT DES SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES 44

621 Deacuteveloppement de la solution 18 44 622 Deacuteveloppement de la solution 17 45 623 Deacutetails techniques des modifications proposeacutees 46

Chapitre III Optimisation des solutions meacutecaniques par analyse de la valeur 50 1 INTRODUCTION 50 2 VALORISATION DES FONCTIONS 50 3 COUT DrsquoUNE FONCTION 50

31 DEFINITION DU CDCF DU PRODUIT 50 32 ETUDE DES COUTS DE FABRICATION DES COMPOSANTS 51 33 DEFINITION DES FONCTIONS TECHNIQUES LIEES AUX DIFFERENTS COMPOSANTS 52 34 REPARTITION DES FONCTIONS TECHNIQUES SUR LES FONCTIONS PRINCIPALES 54 35 CALCUL DES COUTS DES FONCTIONS TECHNIQUES 56 36 CALCUL DES COUTS DES FONCTIONS PRINCIPALES 56

4 BILAN CLASSEMENT DES FONCTIONS 58 5 SOLUTION OPTIMISEE 59

Chapitre I Analyse fonctionnelle

Chapitre I Analyse Fonctionnelle des Produits Meacutecaniques 1 Deacutefinition

Cest le stade de leacutetude du besoin au quel le produit doit reacutepondre Ce besoin est deacutefini par le client ou le service Marketing sous forme dun cahier des charges dit fonctionnel CDCF Les fonctions et contraintes doivent ecirctre quantifieacutees cest agrave dire quon doit preacuteciser pour chaque caracteacuteristique la valeur nominale ainsi que les toleacuterances et le niveau de qualiteacute acceptable Lanalyse fonctionnelle constitue le coeur mecircme de lanalyse de la valeur

Selon la norme AFNOR lrsquoanalyse fonctionnelle est une Deacutemarche qui consiste agrave recenser caracteacuteriser ordonner hieacuterarchiser et valoriser les fonctions

Cest une deacutemarche efficace pour le concepteur dun produit Elle applique au niveau du produit les questions poseacutees au niveau des services

bull Qui est le client direct bull Quel est son besoin bull Comment le satisfaire

Lanalyse fonctionnelle sapplique agrave des produits nouveaux ou agrave des produits existants en vue de leurs ameacuteliorations Elle deacutemateacuterialise (abstraction) le produit pour le traduire en terme de fonction

2 Les fonctions

Selon la norme AFNOR Une fonction est laquo une action dun produit ou de lun de ses constituants exprimeacutes exclusivement en terme de finaliteacute raquo Une fonction est formuleacutee par un verbe agrave linfinitif suivi dun compleacutement

Lrsquoexpression drsquoune fonction fait abstraction de toute reacutefeacuterence agrave des solutions En effet il srsquoagit drsquoexprimer le service rendu par le produit sans preacuteciser comment ce dernier doit assurer le service consideacutereacute

Pour mieux distinguer les diffeacuterentes cateacutegories de fonction on peut consideacuterer deux type de classement une classement selon la nature et un classement selon lrsquoimportance

21 Classement en fonction de la nature du service

211 La fonction de service

Reacutepond au besoin exprimeacute par lutilisateur Par exemple bull Pour un stylo laquo Laisser une trace raquo bull Pour un verre laquo Contenir un liquide raquo bull Pour une lumiegravere laquo Eclairer une surface raquo bull Pour un moteur eacutelectrique laquo Transformer leacutenergie eacutelectrique en eacutenergie

meacutecanique raquo

212 La fonction technique

Nest pas demandeacute explicitement par lutilisateur mais elle est neacutecessaire au concepteur pour assurer la fonction de service Selon la norme AFNOR une fonction technique est laquo Action interne au produit deacutefini par le concepteur pour assurer les fonctions de service raquo

Exemple bull La fonction de service dune paire de lunettes correctives est laquo ameacuteliorer la

vision raquo Les fonctions telles que laquo soutenir le verre raquo laquo sappuyer sur les aspeacuteriteacutes du visage raquo ne sont pas demandeacutees par lutilisateur Ce sont des fonctions techniques

bull La fonction laquo refroidir un moteur thermique raquo est une fonction technique Elle est interne au produit Lautomobiliste nen exprime pas le besoin mais le concepteur doit lassurer pour satisfaire le besoin final de lautomobiliste

Certaines fonctions techniques sont aussi classeacutees en contraintes Par exemple les contraintes de construction Elles traduisent la neacutecessiteacute dassurer le montage du meacutecanisme ou lutilisation de composants imposeacutes par leacutetat de la technique

213 La fonction destime

Elle est souvent relieacutee agrave un aspect estheacutetique ou agrave la preacutesence dun eacuteleacutement jugeacute valorisant bull Pour un stylo laquo Posseacuteder une plume en or raquo bull Pour un verre laquo Avoir le reflet du cristal raquo bull Pour un veacutehicule automobile laquo Donner une image sportive raquo

22 Classement en fonction de limportance

Toutes les fonctions eacutenonceacutees durant la phase de recherche nont pas un mecircme degreacute dimportance vis agrave vis du besoin exprimeacute Le classement a pour objectif deacutetablir une certaine hieacuterarchie entre les diverses fonctions On eacutetablit un classement en trois grandes familles

bull Les fonctions principales bull Les fonctions secondaires bull Les contraintes

221 La fonction principale

Cest la fonction pour laquelle le produit est conccedilu Un produit peut posseacuteder plusieurs fonctions principales

bull Une paire de lunettes doit laquo ecirctre en harmonie avec le visage raquo laquo ecirctre empochable raquo laquo reacutesister aux rayures raquo

bull Un moteur eacutelectrique doit laquo fournir une puissance meacutecanique raquo et laquo ecirctre fiable raquo bull Une fonction destime constitue la fonction principale pour certains produits

o Posseacuteder une voiture de luxe o Donner une image dynamique

222 La fonction secondaire ou compleacutementaire

On recense dans cette classe toutes les fonctions qui ne sont pas principales Mais cette construction doit pouvoir offrir de nombreuses autres fonctions neacutecessaires mais classeacutees comme secondaires par rapport agrave la fonction principale

La fonction principale dun abri bus est dabriter les passagers Les usages doivent pouvoir bull Repeacuterer aiseacutement la ligne de bus bull Visualiser les bus qui arrivent (tout en eacutetant abriteacutes) bull Sinformer sur le service etc

223 Les fonctions temporaires

Les fonctions temporaires sont utiliseacutees durant certaines phases de la vie dun produit Un produit est livreacute dans son emballage en eacutetat de fonctionnement Le transport (routier maritime ferroviaire) ne doit pas alteacuterer ses qualiteacutes La fonction laquo emballage raquo bien que temporaire elle reacutepond agrave un besoin vital pour la qualiteacute du produit Une fonction protectrice peut ecirctre

bull Technique laquo reacutesistance au choc agrave lhumiditeacute raquo bull Destime laquo eacutetui agrave bijoux raquo laquo sachet pour un parfum ou un vecirctement raquo

3 Les contraintes

Selon la norme AFNOR une contrainte est une laquo limite agrave la liberteacute du concepteur - reacutealisateur du produit raquo

Elles sont imposeacutees par Une norme un texte de loi un brevet (proprieacuteteacute industrielle) lindisponibiliteacute dun mateacuteriau les deacutelais impartis etc

4 Meacutethodologies de recensement des fonctions drsquoun produit

Parmi les meacutethodes de recensement des fonctions on distingue bull La meacutethode intuitive qui consiste agrave se placer agrave la place de lutilisateur du produit

et agrave eacutenoncer les fonctions agrave tracer les services rendus bull La meacutethode SAFE Sequential Analysis of Function Estimation bull Lexamen de lenvironnement Conditions imposeacutees par lenvironnement bull Lexamen dun objet type Il consiste agrave examiner un produit concurrent deacutejagrave

existant

41 La meacutethode intuitive

Il srsquoagit de se substituer agrave lrsquoutilisateur (se mettre agrave sa place) et de prononcer les services attendus du produit agrave concevoir Cette meacutethode basique peut servir pour la conception de produit de complexiteacute tregraves reacuteduite

42 La meacutethode SAFE Sequential Analysis of Function Estimation

Cette meacutethode est baseacutee sur lrsquoeacutetude des seacutequences drsquoutilisation du produit ainsi que lrsquoeacutetude des cheminements des efforts et mouvement Il est donc neacutecessaire drsquoavoir une ideacutee non seulement sur les modes drsquoutilisation du produit (seacutequences opeacuteratoires) mais aussi sur la structure fonctionnelle du produit pour permettre drsquoexaminer les efforts et les mouvements

La meacutethode SAFE peut aussi ecirctre appliqueacutee agrave la recherche des diffeacuterentes fonctions assureacutees durant la vie du produit fonctions temporaires de protection fonction preacutevues pour le transport fonctions preacutevues pour la maintenance du produit etc

Lors de lrsquoeacutetude des seacutequences drsquoutilisation il est aussi recommandeacute de tenir compte des contraintes (normes regraveglements dhygiegravene les textes de loi sur lenvironnement etc) Certains utilisateurs peuvent posseacuteder des normes de seacutecuriteacute internes agrave lentreprise (agroalimentaire aeacuteronautique)

Pour mieux illustrer cette meacutethode nous consideacuterons lrsquoexemple suivant Recherche des fonctions sur un bidon (figure ci-dessous)

Exemple Meacutethode SAFE

421 Etude des seacutequences dutilisation

Elle consiste agrave exprimer les fonctions assureacutees agrave travers les diverses seacutequences dutilisation du produit Pour lrsquoexemple consideacutereacute (cf figure ci-dessus)

bull Lutilisateur le pose sur un support Il doit ecirctre stable bull Il faut donc quil soit prenable bull Le conteneur vide doit ecirctre leacuteger bull Il ne doit pas glisser de la main Il doit ecirctre adheacuterant bull Il doit ecirctre rempli avec un entonnoir bull Il doit contenir un liquide bull Son ouverture doit pouvoir verser bull Lutilisateur le bouche Il doit ecirctre eacutetanche

Au travers de ces eacutetapes drsquoutilisation 8 fonctions (stable prenable leacuteger adheacuterant etc) ont eacuteteacute identifieacutees Il est aussi possible de consideacuterer drsquoautres seacutequences drsquoutilisation (stockage transport etc) qui peuvent geacuteneacuterer drsquoautres fonction de ce produit

422 Etude du cheminement des efforts et des mouvements

Cette technique consiste agrave exprimer les fonctions agrave partir des efforts exerceacutes sur objet et des mouvements quil subit Pour lrsquoexemple traiteacute le bidon doit

bull Reacutesister agrave la pression localiseacutee de la main bull Reacutesister agrave la pression du liquide bull Reacutesister sans fuite agrave chutes accidentelle Reacutesister au choc bull Le liquide contenu peut ecirctre corrosif Le bidon doit ecirctre chimiquement neutre

Aucune particule ne doit se deacutetacher du bidon et se meacutelanger au produit (deacutefaut de surface interne)

bull Il doit pouvoir ecirctre stockeacute et transporteacute

43 Lexamen de lenvironnement

Cette meacutethode consiste agrave eacutetudier les interactions du produit avec son environnement Lrsquooutil laquo pieuvre raquo ou laquo becircte agrave corne raquo est le moyen privileacutegieacute pour dresser les diagrammes des interacteurs drsquoun produit

431 Exemple drsquoapplication laquo Legraveve vitre eacutelectrique raquo

Sur lrsquoexemple ci-dessous on considegravere le produit laquo legraveve vitre eacutelectrique raquo utiliseacute sur la plus part des voitures actuelles pour faciliter la monteacutee et la deacutecente des carreaux de vitre

Le systegraveme de legraveve vitre a des multiples phases de vie Le diagramme pieuvre repreacutesenteacute ci-dessous est relatif aux phases laquo a b c d e f raquo illustreacutee par le tableau ci-dessous

4311 Phases drsquoutilisation du systegraveme laquo legraveve vitre eacutelectrique raquo a Activiteacute de la vitre

1 - Monteacutee de la vitre 2 - Descente de la vitre 3 - Vitre agrave lrsquoarrecirct (pas de mouvement)

b Position de la vitre 1 - En buteacutee basse 2 - Entre buteacutee basse et limite infeacuterieure de la zone de deacutetection 3 - Dans la zone de deacutetection 4 - Entre la limite haute de la zone de deacutetection et le joint de porte 5 - Entre le contact avec le joint de porte et la buteacutee haute 6 - En buteacutee haute

c Preacutesence drsquoobstacle dans le champ drsquoaction de la vitre 1 - Pas drsquoobstacle 2 - Avec obstacle cylindrique de raideur 5Nmm 3 - Avec obstacle cylindrique de raideur 10Nmm 4 - Avec obstacle cylindrique de raideur 20Nmm

d Tempeacuterature 1 - Tempeacuterature -40deg 2 - Tempeacuterature comprise entre -40deg et 0deg 3 - Tempeacuterature comprise entre 0deg et 90deg 4 - Tempeacuterature 90deg

e Environnement vibratoire du systegraveme 1 - Vibrations comprises entre 0 Hz et 20 Hz 2 - Vibration comprises entre 20 Hz et 120 Hz

f Environnement 1 - Sous ambiance poussieacutereuse 2 - Sous brouillard salin 3 - Sous pluie etc

4312 Diagramme pieuvre du systegraveme laquo legraveve vitre eacutelectrique raquo

Diagramme pieuvre legraveve vitre eacutelectrique

4313 Fonctions caracteacuteristiques du systegraveme laquo legraveve vitre eacutelectrique raquo

FS1 Le LV permet au Client de manœuvrer et positionner la Vitre

FS3 Le LV doit srsquoadapter au calculateur multiplexeacute

FS4 Le LV doit respecter les normes et regraveglement en vigueur

FS5 Le LV doit srsquoadapter agrave lrsquoenvironnement

FS6 Le LV doit reacutesister aux obstacles

FS7 Le LV doit srsquoadapter aux speacutecifications de la batterie

44 Examen dun produit concurrent

Il est toujours inteacuteressant deffectuer leacutetude des produits similaires existants sur le marcheacute Ils peuvent preacutesenter des fonctionnaliteacutes particuliegraveres Ils peuvent aider agrave deacuteterminer certains critegraveres utiles pour la deacutefinition du niveau de qualiteacute Cette technique de recensement des fonctions est tregraves courante dans le milieu industriel Il est permit de copier les fonctionnaliteacutes drsquoun produit mais il nrsquoest pas autoriseacute de copier les technologies permettant de reacutealiser ces fonctionnaliteacutes En effet les teacuteleacutephones portatifs type GSM de nos jours integravegrent quasiment les mecircmes fonctionnaliteacutes (reacutepertoire camera agenda etc) amis la technologie support de ces fonctionnaliteacutes diffegravere drsquoun constructeur agrave un autre

Lrsquoeacutetude des produits de reacutefeacuterence permet drsquoune part de recenser les fonctionnaliteacutes inteacuteressantes (pour les utilisateurs) en vue de les supporter dans les produits agrave concevoir et drsquoautre part drsquoidentifier les deacutefaut des ces produits de reacutefeacuterence en vue de les eacuteviter

5 Caracteacuterisation des fonctions

La caracteacuterisation des fonctions et contraintes drsquoun produit consiste agrave speacutecifier les critegraveres drsquoeacutevaluation permettant drsquoeacutevaluer la faccedilon avec laquelle une fonction est remplie ou une contrainte est respecteacutee

51 Les critegraveres drsquoappreacuteciation des fonctions

Selon la norme AFNOR un critegravere drsquoappreacuteciation drsquoune fonction ou drsquoune contrainte est laquo le critegravere retenu pour appreacutecier la maniegravere dont une fonction est remplie ou une contrainte respecteacutee raquo

A chaque fonction est assorti un ou plusieurs critegraveres drsquoappreacuteciation Par exemple la fonction technique laquo Guidage en rotation raquo peut ecirctre appreacutecieacutee par les diffeacuterents critegraveres suivants Vitesse de rotation charges radiales dureacutee de vie fiabiliteacute niveau acoustique etc

52 Niveau du critegravere

A chaque critegravere correspond un niveau objectif agrave atteindre Pour la fonction guider en rotation

Critegravere drsquoappreacuteciation Niveau

Vitesse 2000 tmn

Faux rond sous 3000 N 0005 mm

Raideur au droit de la charge 50000 daNmm

Dureacutee de vie 25000 Heures

fiabiliteacute 097

Puissance dissipeacutee 200 W

Niveau acoustique 45 dBA

53 Flexibiliteacute

Chaque niveau de critegravere est assorti dune flexibiliteacute qui fixe la latitude du concepteur par rapport agrave lobjectif agrave atteindre Cette notion constitue un eacuteleacutement fondamental pour le CDCF La flexibiliteacute sexprime sous trois formes

531 Limite dacceptation

Cest une limite supeacuterieure ou infeacuterieure au-delagrave de laquelle la fonction nest plus satisfaite Elle est impeacuterative et incontournable Par exemple Faux rond sous 3000 N 0005mm avec une limite dacceptation de 0008 mm

Toute mesure reacuteveacutelant un faux rond supeacuterieur agrave 0008 mm sous 3000N entraicircne un non-respect du cahier des charges

532 Taux deacutechange

Cest un rapport entre deux critegraveres Il relit souvent le niveau dune fonction au coucirct agrave engager Soit par exemple Vitesse de pointe 200 Kmh avec un taux deacutechange de laquo 1 raquo Kmh pour laquo X raquo Dinars Toute solution proposant une diminution de vitesse doit saccompagner dune diminution relative du coucirct

533 Classe de latitude

Elle deacutefinit le deacutegreacuteeacute de neacutegociabiliteacute du critegravere Par exemple bull 0 Le niveau de critegravere est impeacuteratif bull 1 La flexibiliteacute est tregraves faible Toute remise en cause doit apporter un gain

consideacuterable sur dautres critegraveres bull 2 Le niveau de critegravere peut ecirctre discuteacute au plan eacuteconomique bull 3 Bonne flexibiliteacute Le niveau du critegravere peut ecirctre modifieacute pour ameacuteliorer la

compeacutetitiviteacute du produit Exemple Guidage en rotation

Critegravere de la fonction Niveau du critegravere Limite drsquoAccept Latitude Vitesse 2000 tmn 0 Faux rond sous 3000 N 0005 mm 0008 mm Raideur au droit de la charge 50000 daNmm 46000 daNmm Dureacutee de vie 25000 H 2 Fiabiliteacute 097 0 0 Puissance dissipeacutee 200 W 3 Niveau acoustique 45 dBA 2

6 Exemple Dapplication CDCF dune vanne agrave commande pneumatique

Exemple Vanne agrave commande pneumatique

CDCF Vanne agrave commande pneumatique a- Adaptabiliteacute

Le corps de la vanne est universel Il doit pouvoir sadapter agrave tous les produits de la mecircme famille vanne agrave commande manuelle vanne agrave commande eacutelectrique vanne pour fluides corrosifs etc

b- Obturer sans manoeuvre exteacuterieure

Lobturation devra ecirctre automatiquement reacutealiseacutee en labsence de commande exteacuterieure Elle devra reacutepondre aux critegraveres eacutenonceacutes

bull Obturer les fluides suivants fuel essence peacutetrole huile mineacuterale et syntheacutetique bull La fourchette de tempeacuterature toleacutereacutee sera 5degC agrave 80degC ces deux limites constituent des

limites dacceptation bull Pour une pression de 10 Bar Ce niveau de pression constitue une limite dacceptation bull Le temps de fermeture deacutefini entre linstant ou len cesse de fournir une eacutenergie

pneumatique et linstant ou le deacutebit de fuite est nul sera de deux secondes Cet objectif est assortit dune classe de latitude de niveau 2

bull Le deacutebit de fuite durant la peacuteriode dobturation sera nul Cet objectif est assortit dune classe de latitude de niveau 0

bull Ce deacutebit nul devra ecirctre assureacute pour un objectif temps correspondant agrave 5000 H dutilisation pour une freacutequence moyenne de manoeuvre de 10 obturations par heure Cet objectif est assortit dune classe de latitude de niveau 1

c- Laisser passer

Autoriser un deacutebit de 025 Ils pour une veine fluide seacutecoulant agrave une vitesse de 2ms Ce niveau constitue une limite dacceptation

Les pertes de charge au passage de la vanne ne devront pas deacutepasser 05 Bar Cette limite est une limite dacceptation

Le temps douverture deacutefinit entre linstant ou len commande louverture par pression dair comprimeacute (deacutebit de fuite est nul) et linstant ou le deacutebit est maximum sera de 1s Cet objectif est assortit dune classe de latitude de niveau 2

d- Capter et eacutevacuer

Le produit pourra sadapter sur des tuyauteries fileteacutees conformeacutement aux normes en vigueur

e- Evacuer les deacutechets

Un dispositif devra permettre deacutevacuer des deacutechets qui saccumulent contre la soupape

f- Pouvoir deacutemontrer

On devra pouvoir effectuer un changement des piegraveces dusure et des piegraveces assurant leacutetancheacuteiteacute dans le cadre dune maintenance preacuteventive

g- Utiliser lair comprimeacute

La commande de louverture sera assureacutee par lutilisation dair comprimeacute sous une pression de 6 Bar Louverture doit pouvoir ecirctre effectueacutee dans des conditions de temps moins seacutevegraveres sous une pression de 3 Bar Ce niveau constitue une limite dacceptation

Le systegraveme traitant lair comprimeacute devra pouvoir reacutesister a une pression dair de 16bar Ce niveau constitue une limite dacceptation

h- Fiabiliteacute Le taux de deacutefaillance sera eacutegal 16 10-6heure

7 Meacutethode de classement des fonctions Diagramme FAST

Le classement de fonctions drsquoun produit permet deacutetablir un graphe danalyse fonctionnelle qui repreacutesente le produit agrave travers ses fonctions (repreacutesentation de la structure fonctionnelle)

On peut eacutegalement classer les fonctions techniques (internes au produit) Cela deacutepend de lexploitation qui doit ecirctre faite de lanalyse

Soit lexemple suivant La vanne agrave commande pneumatique preacutesenteacutee ci dessous

Une recherche des fonctions de service permet deacutetablir Les fonctions principales

bull Obturer sans manoeuvre exteacuterieure bull Laisser passer sous manoeuvre exteacuterieure

Les fonctions secondaires bull Evacuer les deacutechets (Boues gravillons) bull Capter le fluide bull Evacuer le fluide

Les contraintes bull Pouvoir deacutemonter pour changer un organe dusure bull Utiliser de laire comprimeacutee bull Respecter les standards de jonction normaliseacutes

Le produit traduit en termes de fonctions est repreacutesenteacute ainsi

La meacutethode de FAST mise au point par Charles WBytheway en 1964 permet drsquoeacutetablir un classement des fonction drsquoun produit et de geacuteneacuterer ainsi un diagramme FAST

71 La Meacutethode FAST

Un diagramme FAST permet drsquoeacutetablir le lien entre le besoin fondamental et lrsquoarchitecture drsquoun produit en passant par les fonctions de service (exteacuterieures au produit) et les fonctions techniques (internes au produit) Lorsque les fonctions de services sont identifieacutees la meacutethode FAST les ordonne

et les deacutecompose suivant une logique fonctionnelle pour aboutir aux solutions techniques de reacutealisation Cet outil drsquoanalyse vise particuliegraverement lrsquoanalyse fonctionnelle drsquoun produit existant Les fonctions connues sont eacutecrites dans des rectangles ou boicirctes (vignettes rectangulaires FAST)

La meacutethode FAST laquo Function Analysis System Technique raquo permet de hieacuterarchiser les fonctions en

reacutepondant aux questions laquo Pourquoi raquo laquo Comment raquo et laquo Quand raquo Les reacuteponses aux questions laquo Pourquoi raquo permettent de regrouper les fonctions principales

Les reacuteponses aux questions laquo Comment raquo permettent de regrouper les fonctions qui doivent ecirctre reacutealiseacutees simultaneacutement Cette question relie les fonctions qui se situent agrave un mecircme niveau de service

Les reacuteponses aux questions laquo Quand raquo permettent de regrouper les fonctions secondaires

La meacutethode FAST permet lorsque les fonctions de service sont identifieacutees de les ordonner et obtenir une deacutecomposition en fonctions techniques (FT) pour aboutir aux solutions technologiques Elle srsquoappuie sur la technique interrogative suivante

Quand cette fonction doit-elle ecirctre assureacutee

Pourquoi Pourquoi doit-elle ecirctre assureacutee Comment doit-elle ecirctre assureacutee

FONCTION Comment

Remarque Cet outil drsquoanalyse fonctionnelle srsquoadapte particuliegraverement lrsquoanalyse drsquoun produit existant

On construit ainsi le FAST (Function Analysis System Technique) relatif au moulinet

72 Recherche des Fonctions de services

Lrsquooutil ldquodiagramme pieuvrerdquo est utiliseacute pour analyser les besoins et identifier les fonctions de service drsquoun produit

En analysant le produit on peut deacuteduire le diagramme ldquopieuvrerdquo graphique circulaire qui met en eacutevidence les relations entre les diffeacuterents eacuteleacutements de lrsquoenvironnement du produit et le produit Ces diffeacuterentes relations sont appeleacutees les fonctions de services qui conduisent agrave la satisfaction du besoin pecirccher

Parmi les fonctions retenues on distingue deux types de fonctions de service les fonctions principales (FP liaison entre deux eacuteleacutements exteacuterieurs par lrsquointermeacutediaire du moulinet) et les fonctions contraintes (FC liaison entre un eacuteleacutement exteacuterieur et le moulinet)

bull FP1 Permettre agrave lrsquoutilisateur drsquoagir sur le fil bull FP2 Ne pas gecircner lrsquoutilisateur dans le maniement de la canne bull FC1 Eviter la rupture du fil bull FC2 Se fixer sur tout type de canne bull FC3 Srsquoadapter agrave lrsquoutilisateur bull FC4 Reacutesister aux agressions du milieu exteacuterieur bull FC5 Respecter les normes en vigueur en terme de seacutecuriteacute de pollution et de dimensions de fil

73 Valider les fonctions de service

Il srsquoagit de srsquoassurer du bien fondeacute et de la stabiliteacute de chacune des fonctions de service en reacutepondant aux questions suivantes But Raison Disparition

Nous allons preacutesenter ici seulement deux exemples le reste de la validation eacutetant fourni en annexe FP2 But Tenue de la canne possible et agreacuteable Raison Volume et masse importants gecircneraient le maniement de la canne Disparition Moulinet infiniment leacuteger Fp1 valideacutee FC3 But Utilisation universelle Raison Manœuvrer utiliser le moulinet sans effort Disparition Systegraveme automatique Fc1 valideacutee bull Fonction FP1

74 Exemple drsquoapplication 2 Diagramme FAST drsquoun aspirateur

Ce graphe repreacutesente le produit deacutemateacuterialiseacute Il sert de reacutefeacuterence agrave leacutetablissement drsquoune eacutetude de type analyse de la valeur

8 Le cahier des charges fonctionnel

81 Deacutefinition

Selon la norme AFNOR le CDCF est un laquo Document par lequel le demandeur exprime son besoin en terme de fonction de service et de contraintes Pour chacune delle sont deacutefinis des critegraveres dappreacuteciation et leurs niveaux Chacun de ces niveaux est assorti dune flexibiliteacute raquo

82 Rocircle du CDCF

Le CDCF 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 deacutemateacuterialisant le produit sous forme de fonctions et contraintes Lrsquoanalyse fonctionnelle est lrsquooutil privileacutegieacute pour eacutelaborer des CDACF

Le concepteur reacutepond au cahier des charges en exerccedilant sa compeacutetence dans le choix des solutions et des techniques Le CDCF laisse agrave lhomme de lart toutes les possibiliteacutes dinnovation

Le CDCF est un outil qui permet bull Linnovation Il ne prescrit aucune solution mais uniquement des fonctions agrave

satisfaire bull La compeacutetitiviteacute Il nimpose aucune caracteacuteristique superflue et laisse au

speacutecialiste le soin dexercer sa compeacutetence bull La concurrence

Le CDCF seacutelabore dans un groupe de travail reacuteunissant les speacutecialistes de divers services Le groupe danalyse fonctionnelle

Le CDCF sexeacutecute

bull Au niveau dun produit nouveau ou dun projet Cest un eacuteleacutement des contrats deacutetude et de deacuteveloppement Il est associeacute aux autres cahiers des charges Il est parfois inteacutegreacute dans le CCTP Cahier des Clauses Techniques Particuliegraveres

bull Au niveau dun sous-ensemble bull Au niveau dune fonction

Le CDCF peut se pratiquer vis agrave vis bull De clients externes agrave lentreprise bull De clients internes ou clients directs (entre les diffeacuterents services dune mecircme

entreprise)

Dans la partie suivante nous preacutesentons quelques exemples drsquoillustration

9 Exemple drsquoapplication I levier de frein agrave main

Le cahier des charges proposeacute ici nest pas celui de Renault qui est confidentiel La ressource reacutealiseacutee est une transposition de la probleacutematique industrielle en un document qui permet une appropriation par lenseignant Lintituleacute des fonctions des critegraveres ainsi que les valeurs forment un tout coheacuterent Les valeurs sont principalement issues de lanalyse du systegraveme et de mesures

Les outils utiliseacutes (diagramme pieuvre et bloc diagramme) pour reacutealiser lanalyse fonctionnelle du besoin et lanalyse fonctionnelle technique sont eacutegalement utiliseacutes dans lindustrie automobile Lappropriation du support est donc proposeacutee au travers de lutilisation de ces outils industriels

91 Preacutesentation du levier de frein agrave main

Afin de maintenir le veacutehicule en position prolongeacutee agrave lrsquoarrecirct (moteur agrave lrsquoarrecirct ou tournant) lrsquoutilisateur actionne le levier de commande du frein de stationnement Sur les nouvelles Meacutegane ce levier srsquointegravegre parfaitement dans le poste de conduite et renforce le design geacuteneacuteral Il a eacuteteacute dessineacute pour ressembler agrave une commande drsquoavion

Ce frein doit ecirctre directement actionneacute par le conducteur et ne pas neacutecessiter lrsquoutilisation du moteur Il a aussi une fonction de frein de secours Ainsi le levier de commande est actionneacute par lutilisateur et vient par un systegraveme de transformation de mouvement et un cacircble actionner les freins arriegraveres Ce systegraveme purement meacutecanique doit garantir le maintien en position du veacutehicule et donc le maintien de lrsquoeffort de serrage Un dispositif directement inteacutegreacute dans le levier de commande permet de maintenir automatiquement la tension dans le cacircble Ce dispositif peut ecirctre deacuteverrouilleacute par le conducteur

92 Analyse Fonctionnelle du Besoin

Limite de lrsquoeacutetude Lrsquoeacutetude se limite au levier de commande composeacute de levier socle poussoir came contacteur Le levier de commande se monte sur la caisse Il est connecteacute agrave un cacircble qui va actionner les freins Lensemble cacircble + frein est appeleacute reacutecepteur Le reacutecepteur et la caisse seront inteacutegreacutes dans le mecircme eacuteleacutement du milieu exteacuterieur appeleacute veacutehicule

Enonceacute du besoin Le levier permet au conducteur de maintenir immobile le veacutehicule en agissant sur les freins

Phase de vie Utilisation du levier bull Verrouillage automatique du frein de stationnement bull Deacuteverrouillage du frein de stationnement par le conducteur bull Maintien en position du levier de commande

921 Diagramme pieuvre

FS1 Le levier permet au conducteur de maintenir immobile le veacutehicule 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 reacuteglementations FS4 Le levier doit reacutesister agrave lrsquoambiance FS5 Le levier doit sadapter agrave lrsquoenvironnement FS6 Le levier doit satisfaire lagreacutement du conducteur FS7 Le levier doit reacutesister aux sollicitations du conducteur

922 Caracteacuterisation des eacuteleacutements du milieu environnent conducteur Qualification Critegravere Niveau Limite Effort vertical pour actionner le levier

effort en N (vertical ascendant au milieu de la poigneacutee)

650 N 250 N

maxi mini

Bruit agrave 100 mm du levier 57dB maxi Bruit acceptable par le conducteur Ecart entre 2 bandes de spectre 10dB maxi

Effort du pouce 32N mini Effort du pouce 45 N maxi Course du pouce 6 mm

Capaciteacute agrave actionner le levier

Surface de contact 1cm2 mini Veacutehicule = caisse + inteacuterieur veacutehicule + cacircble + frein+ Qualification Critegravere Niveau Limite masse PTAC 1195 kg taille du cacircble Diamegravetre 4 mm frein tambour diamegravetre 240 mm (type DP240) reacutesistance du cacircble agrave la rupture Effort 3000N mini

Voyant Qualification Critegravere Niveau Limite alimentation Tension 12V

Ambiance Qualification Critegravere Niveau Limite

viscositeacute X X min X max graisse Aciditeacute Y Y min Y max

Nous ne disposons pas deacuteleacutements nous permettant de donner les valeurs de ces critegraveres Environnement Qualification Critegravere Niveau Limite

angle maxi 40deg maxi Longueur 400 mm maxi

volume balayeacute pour non interfeacuterence

angle repos 0deg fixation au plancher nombre de fixations 4 mini

923 Caracteacuterisation des FS FS1 Le levier permet au conducteur de maintenir immobile le veacutehicule en agissant sur les freins Qualification Critegravere Niveau Limite

masse voiture 2000Kg chargeacutee maxi couple (masse inclinaison) limite de maintien

inclinaison route 30 maxi

reacuteversibiliteacute effort appliqueacute par le reacutecepteur sans que le levier ne bouge

200 N maxi

nombre de cycles nombre 100 000 pour 250 N sur la poigneacutee (vertical ascendant au milieu de la poigneacutee)

Effort maxi tension du cacircble

Effort sur le cacircble pour 370 N sur la poigneacutee (vertical ascendant au milieu de la poigneacutee)

1600 N

variation deffort (vertical ascendant au milieu de la poigneacutee)entre deux crans autour de la position dimmobilisation

effort 30N 36N

mini maxi

loi de commande relation entre la position angulaire et leffort agrave fournir sur le levier

eacutequation

(effort vertical ascendant au milieu de la poigneacutee)

droite La relation est lineacuteaire voir courbe ci-dessous

Rapport damplification 2 3

mini maxi

FS2 Le levier doit allumer le voyant du tableau de bord Qualification Critegravere Niveau Limite dureacutee de vie nombre de cycles 100 000 mini position angulaire de la premiegravere dent efficace

Angle 10deg mini

FS3 Le levier doit respecter les normes et regraveglement en vigueur Qualification Critegravere Niveau Limite recyclabiliteacute plastique recyclable (thermoplastique) 100 inflammabiliteacute plastique auto extinguible 100 accessibiliteacute du meacutecanisme une fois monteacute

jeu entre levier et console 5mm (un doigt ne doit pas pouvoir passer)

Remarque la console est la piegravece centrale qui sert daccoudoir

FS4 Le levier doit reacutesister agrave lrsquoambiance Qualification Critegravere Niveau Limite dureacutee de vie nombre danneacutees 10 ans mini tenue agrave la corrosion surface visible corrodeacutee surface totale 0 maxi

FS5 Le levier doit sadapter agrave lenvironnement Qualification Critegravere Niveau Limite - - - - Nous ne disposons pas deacuteleacutements nous permettant de donner les valeurs de ces critegraveres

FS6 Le levier doit satisfaire lagreacutement du conducteur

Qualification Critegravere Niveau Limite Aspect deacutefaut de symeacutetrie entre

le levier et les deux passages dans la console

1mm maxi

aucun frottement parasite jeu entre console et levier 05 mini

Toucher taille bavure 005 mm maxi plage tempeacuterature pour le respect des conditions daspect

Tempeacuterature de -40deg agrave 70deg

FS7 Le levier doit reacutesister aux sollicitations du conducteur Qualification Critegravere Niveau Limite deacuteformation permanente admissible avec une sollicitation transversale de 300N sur la poigneacutee

deacuteformation permanente

0 maxi

flegraveche verticale au milieu de la poigneacutee pour un effort de 30 N

Flegraveche 5mm maxi

deacuteformation permanente admissible avec une sollicitation verticale en utilisation de 390N sur la poigneacutee

0 maxi

Protection du contacteur contre les agressions de lutilisateur

espacement entre le meacutecanisme et la console qui protegravege le meacutecanisme

5mm maxi

10 Exemple drsquoapplication II Capot de rampe drsquoune batterie

Le produit eacutetudieacute est un capot de rampe dune batterie qui est un des eacuteleacutements du couvercle de batterie Le capot permet la mise en place des bouchons et leur enlegravevement simultaneacute lors des visites De plus il participe agrave leacutetancheacuteiteacute

Les bouchons permettent lobturation des orifices du couvercle tout en autorisant leacutevacuation des gaz produits lors de la reacuteaction chimique

Les autres composants de la batterie sont bull La cuve compartimenteacutee elle permet de recevoir les eacuteleacutements et leacutelectrolyte

Son embase permet la fixation sur le veacutehicule bull Le couvercle thermosoudeacute sur la cuve il assure leacutetancheacuteiteacute de lensemble Il

comporte deux inserts constituants les bornes + et - Six orifices de section circulaire permettent lintroduction de leacutelectrolyte et les visites pour lentretien En utilisation ces orifices sont obtureacutes par des bouchons

bull Une poigneacutee articuleacutee sur le couvercle elle facilite le transport de la batterie bull Des caches bornes ils contribuent agrave la seacutecurisation de la batterie et participent agrave

lestheacutetique de lensemble ainsi quou repeacuterage des diffeacuterents modegraveles (couleurs diffeacuterentes)

101 Analyse fonctionnelle du capot de rampe

bull FP1 Permettre la mise en place simultaneacutee des bouchons par lutilisateur bull FP2 Permettre la deacutepose par soulegravevement des bouchons par lutilisateur bull FC1 Recevoir les bouchons par clipsage bull FC2 Sadapter aux formes et aux dimensions du couvercle bull FC3 Faciliter lintervention de lutilisateur lors du deacutemontage bull FC4 Sinteacutegrer agrave lestheacutetique de lensemble bull FC5 Reacutesister aux agents acides preacutesents dans la batterie

Critegraveres dappreacuteciation Valeurs

FP1 -apui plan entre la face supeacuterieure des bouchons et le capot -autopositionnement des bouchons dans leurs orifices de montage par une liaison glissiegravere suivant laxe x - course limiteacutee suivant x par buteacutee Deacutecalage maxi bouchonorifice - jeu fonctionnel suivant y - jeu fonctionnel suivant z - espacement entre les orifices - jeu lateacuteral suivant z entre capot et couvercle

6 bouchons - plan mini 210 x 24

015plusmn015

075plusmn015

jeu mini =05 mm

FP2 - Reacutesistance des clips au cisaillement

- Reacutesistance du capot agrave la flexion

- Forme clipsage non deacutemontable

E=15 mm L=12 mm F=10N reacutesistance au cisaillement 15

MPa Coefficient de seacutecuriteacute s=2

effort utilisateur F=26N coefficient de seacutecuriteacute de 2

angle de retenue 90deg

FC1 - angle dentreacutee favorisant le montage angle dentreacutee maxi 60deg

FC2 -surface enveloppe du couvercle

-eacutecart maxi entre les profils

capotcouvercle

FC3 - forme encoche permettant de deacutecoller le

capot du couvercle avec longle ou un

h x l =15 x 14 mm mini

FC4 - traces dinjection sur les faces visibles

capot monteacute

-preacutesence dun positionneur longitudinal

calant le capot au montage pour eacuteviter le

deacutebordement

aucune

deacutebordement maxi 1mm

FC5 Matiegravere choisie reacutesistant aux acides PP Stamylan

102 Reacutesistance des crochets au cisaillement

Les clips sont modeacuteliseacutes par des poutres encastreacutees cisailleacutees agrave la base

E=15 mm L=12 mm F=10N reacutesistance au cisaillement 15 MPa Coefficient de seacutecuriteacute s=2

La forme du clip permet de reacutesister au cisaillement lors de la deacutepose

103 Reacutesistance du capot agrave la flexion

Hypothegraveses Toutes les actions meacutecaniques sont situeacutees dans le plan de symeacutetrie (Oxy) Le contact en B est consideacutereacute comme un appui simple La force F repreacutesente laction exerceacutee par lutilisateur Le cas le plus deacutefavorable correspond agrave laction simultaneacutee de quatre bouchons (action dun bouchon = 10N)

On considegravere que la section du capot est constante sur toute la longueur Trois sections diffeacuterentes sont testeacutees

Le calcul nous donne σS1=44Mpa σS2=253Mpa σS3=1959Mpa La limite agrave la flexion du mateacuteriau est σmaxi=40Mpa Dapregraves le cahier des charges un coefficient de seacutecuriteacute de 2 est demandeacute La section

S3 veacuterifie la condition Cest donc la section S3 qui est retenue

Remarque Lusage des outils classiques de la reacutesistance des mateacuteriaux est commun dans le dimensionnement de piegraveces plastiques Rappelons que les lois utiliseacutees en RdM sont pour des mateacuteriaux ayant un comportement eacutelastique (loi de Hooke) Les mateacuteriaux plastiques ont eux un comportement plutocirct de type viscoplastique Il y a donc un eacutecart entre le reacutesultat obtenu par le calcul et la reacutealiteacute Neacuteanmoins les outils de reacutesistance des mateacuteriaux sont utiliseacutes depuis longtemps et le retour dexpeacuterience a permis maicirctriser les eacutecarts Ainsi beaucoup de fabricants de matiegraveres proposent des abaques utilisant ces outils pour le dimensionnement Aussi il convient de prendre un coefficient de seacutecuriteacute pour palier agrave ces eacutecarts Un coefficient de seacutecuriteacute de 2 apparaicirct comme raisonnable

104 Positionnement des buteacutees de limitation de course de glissiegravere

Les bouchons sont en liaison glissiegravere avec le capot de rampe pour permettre un auto positionnement Neacuteanmoins la course de cette liaison glissiegravere est limiteacutee par leacutecartement maxi entre laxe dun bouchon et laxe de son orifice en vis agrave vis Le calcul de la position des buteacutees fait lobjet de deux chaicircnes de cotes

Equation sur les nominaux e= cf1 - c - b1 - b2 =gt c f1= 15 + 38 +12 +12 = 635

Equation sur les IT (calcul arithmeacutetique) ITe= ITcf1 + ITc + ITb1 + ITb2 =gt ITc f1= 3 - 02 - 005 - 005 = 27

dougrave cf1 = 635plusmn135

Equation sur les nominaux e= c - b2 - cf2 - b1 =gt c f2= 38 -12 - 12 - 15 = 125

Equation sur les IT (calcul arithmeacutetique) ITe= ITc + ITb2 + ITcf2 + ITb1 =gt ITc f2= 3 - 02 - 005 - 005 = 27

105 Choix du seuil dinjection

Afin de choisir la position du seuil dinjection quatre positions diffeacuterentes ont eacuteteacute testeacutees Il sagit de choisir le meilleur compromis en tenant compte

bull du cahier des charges

bull des caracteacuteristiques matiegraveres (Tempeacuterature dinjection = 230degC et Contrainte de cisaillement maxi pour leacutecoulement = 026 MPa)

bull des donneacutees outillage Moule agrave deux empreintes et deacutecarottage automatique souhaiteacute agrave louverture de loutillage

Remarque bull - Si la contrainte de cisaillement maxi est deacutepasseacutee la matiegravere est deacuteteacuterioreacutee bull - Si la tempeacuterature mini du front de matiegravere est trop eacutecarteacutee de la tempeacuterature

dinjection la solidification se fera trop tocirct et le remplissage sera mauvais Avantages Inconveacutenients

Position 1

- Aspect respecteacute

- Seuil situeacute dans une zone de sollicitation

faible

-Bonne orientation

-Ecart thermique Tdeginj acceptable (lt20deg)

- pression de remplissage eacuteleveacutee

- Contrainte de cisaillement proche de la limite mais

acceptable

Position 2

- Remplissage facile avec une faible

pression de remplissage et tempeacuterature

- Il se forme une ligne de soudure au milieu ce qui

pose des problegravemes daspect et de reacutesistance

- Ecart thermique Tdeginj gt 20deg

Position 3

- Ecart thermique Tdeginj acceptable (lt20deg)

- Contrainte de cisaillement acceptable

- Position du seuil dans la zone la plus solliciteacutee

Position 4 - Bonne orientation - Le remplissage est plus difficile Il faut une

pression et une tempeacuterature eacuteleveacutee

- Le seuil est sur une face daspect ce que

recommande deacuteviter le cahier des charges

- contrainte de cisaillement supeacuterieure agrave la limite

toleacutereacutee (gt026 Mpa)

106 Positionneur

Pour sinteacutegrer dans lestheacutetique de lensemble le cahier des charges propose de placer un positionneur Lencoche du capot est situeacutee dans une zone de moment fleacutechissant faible donc de contrainte faible Lencoche est eacutegalement sur une face qui nas pas de contrainte daspect

107 Retassure et deacutemoulage

Le produit preacutesente 3 faces daspect sur lesquelles il faut eacuteviter les lignes de soudure ainsi que les retassures Le choix du seuil dinjection eacutevite les lignes de soudures gecircnantes mais les nervures peuvent poser des problegravemes Il faut donc penser agrave adapter leacutepaisseur de la nervure par rapport agrave leacutepaisseur de la face daspect

Ainsi le capot a une eacutepaisseur de 18 mm Leacutepaisseur de la nervure qui rigidifie le capot et sur laquelle se trouve eacutegalement les crochets a une eacutepaisseur de 16 mm Les buteacutees ont aussi une eacutepaisseur plus faible (1mm) Ces eacutepaisseurs plus faibles diminuent le problegraveme de retassure

Concernant le deacutemoulage les crochets peuvent poser des problegravemes Il faut donc preacutevoir une certaine souplesse de la nervure pour pouvoir leacutecarter au moment du deacutemoulage Le bout de la nervure nest donc pas colleacute au capot pour pouvoir permettre une flexion

108 Plan du capot

Chapitre II Meacutethodes de Recherche des Solutions Technologiques

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1 Introduction

Ce chapitre traite le passage drsquoune repreacutesentation abstraite du produit meacutecanique (CDCF) agrave une repreacutesentation technique concregravete (scheacutema piegraveces assemblage) Il srsquoagit de donner un aperccedilu sur les meacutethodes et techniques de conception Quelques illustrations permettront au lecteur de mieux comprendre les principales eacutetapes conduisant agrave la proposition drsquoun ensemble de speacutecifications techniques qui concourent agrave la deacutefinition des solutions technologiques capables de reacutepondre agrave un cahier des charges fonctionnel

Lrsquoillustration ci-dessus montre une solution technologique particuliegravere (joint tripode) drsquoun CDCF

tulipe

triaxe

bacircti

ωeω s

CDCF Fonction amp Contrainte

Critegravere Niveau Flexibiliteacute

Lrsquoexemple ci-dessus montre qursquoun produit meacutecanique peut ecirctre perccedilus de plusieurs points de vue diffeacuterents Drsquoun point de vue conception un produit meacutecanique est un ensemble de modules fonctionnels assurant chacun une fonction technique (eacutenergie cineacutematique reacutesistance etc)

Si on srsquointeacuteresse exclusivement agrave la partie opeacuterative (meacutecanique) la structure fonctionnelle drsquoun produit peut ecirctre modeacuteliseacutee selon la phase de conception consideacutereacutee par scheacutema de principe un graphe de structure un scheacutema cineacutematique ou un dessin drsquoensemble

Parmi les modules fonctionnels permettant la mise en œuvre du principe de fonctionnement retenu on distingue la partie transformation etou adaptation de mouvement (meacutecanismes) et la partie transformation etou adaptation de lrsquoeacutenergie (actionneurs) Il existe bien eacutevidemment drsquoautres partie fonctionnelles dans un produit partie commande etc

Lrsquoensemble des fonctions techniques assureacutees par les diffeacuterents modules fonctionnels met en œuvre un principe de fonctionnement technique Ce principe de fonctionnement constitue lrsquoideacutee de conception de base proposeacutee par le(s) concepteur(s) pour reacutepondre au CDCF

Ci-dessous on srsquointeacuteresse aux meacutethodes de conception recenseacutees dans la bibliographie en vue de les classer et speacutecifier leur contexte drsquoutilisation

2 Meacutethodologies de conception

La conception drsquoun produit est un processus complexe permettant de passer de lexpression dun besoin (CDCF) agrave la deacutefinition des caracteacuteristiques dun objet permettant de le satisfaire et agrave la deacutetermination de ses modaliteacutes de fabrication Nous pouvons ainsi deacutefinir la conception comme une activiteacute constitueacutee par une seacuterie de transformation provoquant un changement deacutetat du produit Il srsquoagit plus preacuteciseacutement drsquoune conversion de donneacutees disponibles dans le CDCF en donneacutees techniques deacutecrivant le produit et son processus de reacutealisation En effet il srsquoagit de faire eacutevoluer une repreacutesentation abstraite vers une repreacutesentation physique Pour certains auteurs (Ullman) la conception est leacutevolution technique et sociale de linformation ponctueacutee par des prises de deacutecision

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Un processus de conception est une seacutequence non monotone et iteacuterative dactiviteacutes de conception neacutecessaires pour creacuteer une ou plusieurs repreacutesentations du produit Lobjectif dun processus de conception est de syntheacutetiser des systegravemes qui reacutealisent les fonctions et les performances deacutesireacutees par le client

Les techniques de conception diffegraverent suivant la nature des produits et des entreprises (contexte) Toutefois il existe (selon la bibliographie) trois grandes classes de comportement humain face agrave un problegraveme de conception

bull Le comportement machinal (skill-based behaviour) ne demande presque pas dactiviteacute de conception intelligente (pas besoin drsquoun grand effort de reacuteflexion) car il srsquogit de reproduire des cas de conception prfitement mitriseacutes

bull Le comportement proceacutedural (rule-based behaviour) fait appel agrave une activiteacute mentale consciente Il consiste agrave exeacutecuter des tacircches de maniegravere coordonneacutee en suivant des regravegles ou proceacutedures qui ne sont pas assez maicirctriseacutees pour ecirctre appliqueacutees machinalement Ces tacircches ne neacutecessitent pas de choix complexes entre plusieurs alternatives

bull Le comportement cognitif (knowledge-based behaviour) est baseacute sur une activiteacute mentale complexe et consciente afin de reacutesoudre des problegravemes et planifier des tacircches

Les deux premiers comportements sont privileacutegieacutes durant la conception preacuteliminaire lorsque les connaissances sur le futur produit sont limiteacutees

Il est possible didentifier dautres typologies de deacutemarches que lon peut classer selon la proportion de connaissances nouvelles quelles neacutecessitent

bull La re-conception est une situation courante Elle peut concerner des modifications agrave apporter agrave un produit commercialiseacute neacutecessiteacutees par de nouvelles exigences ou un manque de performances Il peut sagir eacutegalement dune mise agrave jour planifieacutee dans le cycle de vie du produit avant son introduction sur le marcheacute afin quil reste compeacutetitif Dans tous les cas la re-conception part dune solution existante dun produit existant pour les faire eacutevoluer

bull La conception routiniegravere concerne lutilisation de principes de solutions possibles qui sont souvent catalogueacutes Mecircme si le problegraveme est nouveau lensemble des sous problegravemes et leurs solutions sont connus les strateacutegies et meacutethodes sont connues le cahier des charges ne change que dune maniegravere quantitative Ainsi le produit trouve son origine dans la meacutemoire industrielle des produits anteacuterieurs

bull Lors de conception creacuteative ni les attributs ni la meacutethode ne sont connues Il srsquoagit dans ce cas de faire appel agrave lrsquointuition et lrsquoingeacuteniositeacute du concepteur pour proposer des nouveaux principes physiques ou de fonctionnement ou des nouvelles technologies

3 Principales eacutetapes du processus de conception

De maniegravere geacuteneacuterale et indeacutependamment des deacutemarches de conception preacutesenteacutees ci-dessus nous pouvons consideacuterer que le processus de conception peut ecirctre subdiviseacute en 4 eacutetapes interdeacutependantes

bull Speacutecifications fonctionnelles du besoin (eacutelaboration du CDCF) bull Recherche de concepts bull Recherche darchitecture bull Conception deacutetailleacutee

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La premiegravere eacutetape de ce processus a fait lrsquoobjet du premier chapitre Elle permet principalement de recenser les fonctions de service et les contraintes du produit agrave concevoir en vue de formuler son cahier des charges fonctionnel

La troisiegraveme phase consiste agrave deacutefinir les deacutetails neacutecessaires pour la reacutealisation du produit (geacuteomeacutetrie dimensions cotations) elle couvre eacutegalement les calculs de dimensionnement et drsquooptimisation

Les deux autres phases (2 et 3) consistent respectivement a explorer diverses solutions de principe (principe de fonctionnement) pour aboutir au choix reacutepondant au CDCF puis syntheacutetiser une structure de produit (topologie forme et dimensions) permettant mettre en œuvre le principe de fonctionnement proposeacute

4 La conception preacuteliminaire

Le domaine de la conception preacuteliminaire (preliminary design) ou preacuteconception couvre les phases de recherche de concept (principe de fonctionnement) et de conception architecturale (topologie + forme + dimensions)

La conception preacuteliminaire est une phase cruciale du processus de conception dont les enjeux financiers sont bien connus (figure ci-dessous) Elle repreacutesente moins de 5 des deacutepenses de deacuteveloppement mais peut engager jusquagrave 70 des coucircts du projet qui sont figeacutes pour la suite des activiteacutes de conception

Sur la figue ci-dessous la courbe en trait pointilleacute repreacutesente leacutevolution des coucircts de deacuteveloppement du produit durant les phases du processus de conception les phases de conception preacuteliminaire et deacutetailleacutee repreacutesentent seulement 75 du coucirct global du projet jusquagrave lindustrialisation

Nous voyons donc que les choix reacutealiseacutes durant la premiegravere phase du processus de conception sont deacuteterminants Se pose notamment le problegraveme la multitude des concepts peuvent eacutemerger durant cette eacutetape En effet mecircme si un des concepts proposeacutes semble ecirctre le plus pertinent les concepteurs peuvent passer agrave cocircteacute dun autre moins connu mais plus performant Il serait donc souhaitable de pouvoir eacutevaluer plusieurs solution de principe malgreacute que durant les premiegraveres phases du processus de conception les donneacutees sont impreacutecises

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La phase de recherche de concepts ou conceptual design met en œuvre des processus de creacuteativiteacute et consiste agrave explorer diverses solutions de principe reacutepondant au CDCF

41 Notion de principe de fonctionnement

Un principe de fonctionnement est une combinaison de principes physiques et techniques permettant de traduire une ideacutee de conception en un systegraveme technique en vue de reacutepondre agrave nu ou plusieurs fonctions techniques

Degraves son premier contact avec un CDCF le concepteur tente de trouver une solution de principe permettant de reacutepondre au mieux agrave lrsquoensemble des speacutecifications fonctionnelles exprimeacutees dans le CDCF Une telle solution traduit un principe de fonctionnement preacutealablement seacutelectionneacute par le concepteur Dans la plupart des cas le concepteur geacutenegravere des solutions par combinaisons des principes de fonctionnement qursquoil connaicirct laquo association fonctions-principes raquo Il est aussi envisageable que le concepteur propose des principes de fonctionnement innovants Cela deacutepend bien eacutevidemment du lrsquoexpeacuterience et du savoir faire de ce dernier

42 Principe de fonctionnement

A lrsquoaide de diagramme FAST le concepteur deacutecrit les eacutetapes de lrsquoaccomplissement du service deacutesireacute avec le maximum de deacutetail par le biais des fonctions techniques (interne au produit) En vue drsquoillustrer la traduction drsquoun principe de fonctionnement sous forme drsquoun FAST nous dressons ci-dessous le diagramme FAST(Function Analysis System Technique) relatif au produit laquo scooter raquo

La meacutethode FAST permet de relier et drsquoordonner toutes les fonctions techniques assureacutees par les eacuteleacutements du systegraveme Pour chaque fonction technique le diagramme FAST reacutepond aux 3 questions preacuteciteacutees au chapitre I (pourquoi quand comment)

Apregraves avoir deacutefini les fonctions de service drsquoun produit existant (diagramme pieuvre) le diagramme FAST permet de deacutecomposer chacune en fonctions techniques ordonneacutees et drsquoaboutir aux solutions constructives Il srsquoagit donc drsquoune analyse interne du produit

421 Exemple drsquoapplication

Fonctions de service et contraintes drsquoun laquo SCOOTER raquo

FC2 Respecter lenvironnement FC9 Etre proteacuteger contre le vol

Installer confortablement lutilisateur FC6 Deacuteplacer lutilisateur par rapport agrave la route sans effort physique FP Respecter les autres usagers et se faire respecter deux FC3

FC1 Avoir une autonomie suffisante FC5 Avoir un prix accessible FC7 Seacutecuriser lutilisateur FC4 Transporter des bagages

Plaire agrave lutilisateur FC8

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DIAGRAMME FAST laquo SCOOTER raquorsquo Fonctions de service Fonctions techniques Solutions constructives lsquoExigences fonctionnellesrsquo

FT01 Convertir lrsquoeacutenergie thermique en eacutenergie meacutecanique de

FP Deacuteplacer lutilisateur par rapport agrave la route sans effort physique

FT02 Transmettre le mouvement de rotation agrave la roue

FT11 Stocker le carburant

FC1 Avoir une autonomie suffisante

FT21 Limiter le bruit et la pollution

FC2 Respecter lenvironnement

FT22 ecirctre recyclable

FT31 signaler sa position et preacutevenir de ses mouvements

FC3 Respecter les autres usagers et se faire respecter deux

FT32 eacuteclairer la chausseacutee

FT33 voir les usagers situeacutes derriegraveres

Moteur thermique

Meacutecanisme de transmission

Reacuteservoirs

Pot drsquoeacutechappement

Mateacuteriaux recyclables

Feux de position clignotants avertisseur sonore

Reacutetroviseurs

FT03 Transformer la rotation de la roue en translation du scooter sur le sol

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Fonctions de service Fonctions techniques Solutions constructives

Exemple de diagramme FAST Fonction FP2

Les informations donneacutees par le diagramme FAST ci-dessus peuvent ecirctre classeacutees en 3 colonnes laquo Fonctions de Services ou contraintes raquo laquo Fonctions Techniques raquo et laquo Solutions Constructives raquo Les fonctions techniques reacutealisent les fonctions de service ou contraintes par le biais des solutions constructives

FT41 Contenir ou supporter des objets

FC4 Transporter des bagages

FT61 permettre agrave lrsquoutilisateur de srsquoinstaller

FC6 Installer confortablement lutilisateur

FT62 faciliter lrsquoaccegraves aux commandes

Coffre porte bagages

Selle repose pieds

Seacutelecteurs poigneacutees p

FT63 Proteacuteger lrsquoutilisateur

FT71 Arrecircter efficacement le scooter

FC7 Seacutecuriser lutilisateur

FT72 Ameacuteliorer la tenue de route

FT81 Personnaliser et varier les modegraveles

FC8 Plaire agrave lutilisateur

FT91 Empecirccher une utilisation usurpatoire

ivotantes leviers

Bulle brise vent

Freins

Amortisseurs

Careacutenage cachesRevecirctements (peintures

siglehellip)

Dispositifs antivol

FC9 Etre proteacuteger contre le vol

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A chacune des ces solutions constructives le concepteur choisi ensuite un principe de fonctionnement puis une structure (topologie forme et dimensions)

Le principe de fonctionnement constitue la solution de principe pour reacutepondre agrave une exigence technique au niveau du produit Il associe un ensemble de principes physiques en vue de reacutesoudre un problegraveme technique

Par exemple pour la fonction technique laquo FT71 Arrecircter Efficacement le scooter raquo le concepteur agrave choisi la solutions constructive laquo Freins raquo Il dois ensuite choisir un principe de fonctionnement pour cette solution constructive (frein agrave disque freins agrave tambour etc) Ces principes de fonctionnement traduisent un principe physique (fortement effort eacutelectromagneacutetique etc)

Le chois du principe de fonctionnement fait appel agrave des transformations de lrsquoeacutenergie (actionneurs) et des mouvements (meacutecanismes)

422 Principes de transformation et drsquoadaptation drsquoeacutenergie les actionneurs

La transformation de lrsquoeacutenergie est une fonction technique incontournable dans la plupart des systegravemes industriels En effet nous sommes souvent appeleacute agrave passer drsquoune forme drsquoeacutenergie agrave une autre Le tableau ci-dessous preacutesente quelques actionneurs permettant de transformer la nature de lrsquoeacutenergie

Energie drsquoentreacutee Actionneur Energie de sortie

Electrique Moteur eacutelectrique Meacutecanique Meacutecanique Pompe Hydraulique Hydraulique Veacuterin Moteur hydraulique Meacutecanique

423 Principes de transformation et drsquoadaptation de mouvement les meacutecanismes

En conception meacutecanique on est souvent appeleacute de transformer un mouvement ou drsquoadapter sa vitesse en vue drsquoassurer une fonction technique Les principes drsquoadaptation et de transformation de mouvement utiliseacutes sont divers et varieacutes La transformation et lrsquoadaptation drsquoun mouvement sont souvent assureacutees par une chaicircne de solides agenceacutes entre eux par des liaisons cineacutematiques eacuteleacutementaires (pivot glissiegravere etc) ou complexes (meacutecanisme) Le tableau ci-dessous illustre quelques meacutecanismes de transformation et drsquoadaptation de mouvement

Mouvement drsquoentreacutee Meacutecanisme Mouvement de sortie Rotation continue Bielle manivelle Translation alternative Rotation continue Systegraveme articuleacute Rotation discontinue Rotation continue Reacuteducteur de vitesse Rotation continue

5 Recherche de solutions technologiques

Il srsquoagit ici de proposer une solution technologique permettant de mettre en œuvre un principe de fonctionnement

Si on se restreint aux solutions technologiques permettant de mettre en œuvre des principes de fonctionnement baseacutes sur la transformation de mouvement (meacutecanismes)

Dans ce cas il srsquoagit de trouver une ou des structures de systegravemes meacutecaniques permettant de reacutepondre agrave des exigences fonctionnelles de comportement cineacutematique Ce type dapproches dites de synthegravese consiste agrave trouver une structure drsquoun meacutecanisme (topologie amp dimensions) assurant la fonction cineacutematique deacutesireacutee Nous pouvons scheacutematiseacute ce processus par le scheacutema ci-dessous

Synthegravese Structure (topologie + dimensions) Fonction

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Syntheacutetiser directement un meacutecanisme est un processus reacuteflexif complexe et non formaliseacute Ce problegraveme na toujours pas de solution geacuteneacuterale satisfaisante De ce fait il est souvent neacutecessaire drsquoadopter un processus inverse qui consiste agrave deacuteterminer la fonction cineacutematique dun meacutecanisme et de la comparer agrave celle deacutesireacutee puis introduire des modifications (topologiques et dimensionnelles) sur la solution consideacutereacutee en vue de caler son comportement sur la fonction cineacutematique deacutesireacutee Ce processus dit danalyse se fait par lintermeacutediaire doutils de simulation comportementale

Une solution technologique de type meacutecanisme est caracteacuteriseacutee par sa geacuteomeacutetrie sa topologie et ses dimensions

51 Structure topologie geacuteomeacutetrie et dimensions des solutions technologiques

La structure des solutions technologiques est caracteacuteriseacutee par sa topologie sa geacuteomeacutetrie puis ses dimensions caracteacuteristiques La topologie deacutefinie lrsquoarchitecture de la solution Par exemple lrsquoarchitecture drsquoune presse peut ecirctre de type une colonne (chaicircne cineacutematique ouverte) ou agrave deux colonnes (chaicircne cineacutematique parallegravele) Crsquoest aussi le cas dans la conception des pompes ou drsquoeacutechangeurs dans le quel le nombre drsquoeacutetage est un paramegravetre relatif agrave lrsquoarchitecture du produit

La geacuteomeacutetrie concerne la deacutefinition de la morphologie geacuteneacuterale des composants qui seront ensuite agrave leur tour caracteacuteriseacutes par des dimensions fonctionnelles

Exemple scheacutema drsquoarchitecture drsquoune presse

52 Exigences fonctionnelles de comportement meacutecanique

Le concepteur doit ensuite introduire un ensemble drsquoexigences fonctionnelles au niveau des solutions technologiques pour garantir le bon comportement meacutecanique da la solution consideacutereacutee en vue de reacutepondre efficacement au CDCF Ces exigences fonctionnelles jouent un rocircle important pour aider le concepteur agrave eacutetudier le comportement meacutecanique de la solution envisageacutee

Nous pouvons classer les exigences fonctionnelle de comportement meacutecanique comme suit bull Les exigences fonctionnelles de comportement cineacutematique bull Les exigences fonctionnelles de comportement dynamique bull Les exigences fonctionnelles de reacutesistance bull Les exigences fonctionnelles de positionnement

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Ces exigences fonctionnelles sont directement lieacutees au comportement meacutecanique du produit Par exemple le cas de celles qui deacutecrivent la cineacutematique dun meacutecanisme la reacutesistance meacutecanique dune liaison la deacuteformation dune piegravece etc Le rocircle des modegraveles de comportement est alors de permettre au concepteur de proposer une solution structurelle reacutepondant agrave des telles exigences fonctionnelles

Si on srsquointeacuteresse agrave titre drsquoexemple aux aspects mouvement et eacutenergie on constate que dans la plupart de cas le(s) concepteur(s) aura agrave proposer des principes de transformation etou drsquoadaptation de mouvement et drsquoautres pour la transformation etou lrsquoadaptation de lrsquoeacutenergie

On parle de transformation drsquoeacutenergie ou de mouvement si le systegraveme proposeacute transforme la nature de lrsquoeacutenergie ou du mouvement Cependant quand le type drsquoeacutenergie ou la nature de mouvement sont conserveacutes nous consideacuterons qursquoil srsquoagit juste drsquoune adaptation (Adaptation de mouvement reacuteducteur adaptation de lrsquoeacutenergie eacutelectrique adaptateur secteur)

6 Exemple drsquoapplication Seacutecateur INFACO

Fonction Principale FSP1 Critegraveres Niveau et flexibiliteacute

laquo Couper des bois de vigne

preacutealablement seacutelectionneacutes par

lrsquoutilisateur raquo

Contraintes

bull utiliser une lame pradine

bull La source drsquoeacutenergie est

eacutelectrique

bull Diamegravetre des branches

bull Effort de coupe

bull Cadence agrave vide

bull Rapport temps ouverture temps

fermeture de la lame

bull Masse et encombrement

bull 25 mm maxi

bull 1000 N mini (agrave mi-bois)

bull 100 agrave 160 coupes mn

bull 3 mini

bull Masse 1040 g longt 320 mm

61 Recherche de solution technologique Fonction de Service Principe de

fonctionnement Actionneur(s) Systegraveme de transformation

de mouvement Meacutecanique

Moteur eacutelectrique

Came - levier 11 Secteur denteacute ndash pignon 12 Vis ndash eacutecrou 13 Bielle manivelle 14 Coulisse manivelle 15 Balancier manivelle 16 Systegraveme articuleacute 17 Came tambour 18

Hydraulique

Moteur eacutelectrique + pompe et moteur agrave

Pistons radiaux 21 Pisons axiaux 22 Palettes 23 engrenage 24

Pneumatique

Moteur eacutelectrique + compresseur et moteur agrave

Pistons radial 31 Piston axiaux 32 Piston axial 33

laquo Couper des bois de vigne preacutealablement seacutelectionneacutes par lrsquoutilisateur raquo

Electrique - Electro-aimant 41 Moteur lineacuteaire 42 Veacuterin eacutelectrique 43

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Page(44)

62 Classement des solutions technologiques

621 Deacuteveloppement de la solution 18

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Page(45)

623 Deacutetails techniques des modifications proposeacutees

Page(46)

Page(47)

Reacutefeacuterences bibliographiques

Qualiteacute en conception La rencontre Besoin - Produit - Ressources Ed AFNOR 1996

B ADAM Animer une eacutetude analyse de la Valeur ESF 1989

C BOULET Lanalyse de la valeur AFNOR Memento A SAVOIR 1995

J CHEVALLIER Produits amp analyse de la valeur CEPADUES Edition 1989

J LACHNITT Lanalyse de la valeur PUF Que sais-je ndeg 1815 1980

M LITAUDON La dynamique de lanalyse de la valeur Meacutemento Eacutedition dOrganisation 1988

C PETITDEMANGE Creacuteer et deacutevelopper vos produits - Analyse de la Valeur AFNOR 1987La qualiteacute des produits industriels (Christian Maria) DUNOD Paris 1991

Christian Maria laquo La qualiteacute des produits industriels raquo DUNOD Paris 1991

Page(48)

Chapitre III Analyse de la valeur

Optimisation des Solutions Meacutecaniques

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Chapitre III Optimisation des solutions meacutecaniques par

1 Introduction

Dans ce chapitre on se focalise sur lrsquooptimisation des solutions meacutecanique par la meacutethode laquo A raquo Il srsquoa ante en vue drsquoagir ensuite au niveau des solutions relatives agrave celles-ci

2 des fonc

nction eproduit Si on considegravere un cri nctions les plus importantes seront celles ayant un coucirct eacuteleveacute Cela nous conduit agrave la deacutefinition du coucirct drsquoune fonction

Le coucirct des fonctions est deacute coucircts des diffeacuterents composant du produit objet de lrsquoeacutetude

Pour deacuteterminer les coucircts de chacune des fonctions drsquoun produit on procegravede drsquoabord par les eacutetapes uivantes

bull Deacutefinition du CDCF du produit bull Etude des coucircts de fabrication des composants bull Deacutefinition des fonctions techniques de chaque partie (surface fonctionnelle) des

diffeacuterents composant bull Reacutepartition des fonctions techniques sur les fonctions de service bull Calculer le coucirct de chacune des fonctions techniques (coucirct des opeacuterations

drsquousinage + coucirct du de matiegravere) bull Calculer ensuite le coucirct de chaque fonction de service

Ci-dessous nous deacutetaillons sur un exemple les eacutetapes de cette deacutemarche (vanne agrave commande pneumatique cf chapitre 1)

31 Deacutefinition du CDCF du produit

Le CDCF de la vanne agrave commande pneumatique contient les fonctions suivantes

Adaptabiliteacute Le corps de la vanne est universel Il doit pouvoir srsquoadapter agrave tous les produits de la mecircme famille vanne agrave commande manuelle vanne agrave commande eacutelectrique vanne pour fluides corrosifs etc Obturer sans manœuvre exteacuterieure Lrsquoobturation doit ecirctre automatiquement reacutealiseacutee en lrsquoabsence de commande exteacuterieure Elle devra reacutepondre aux critegraveres eacutenonceacutes

Obturer les fluides suivants Fuel essence peacutetrole huile mineacuterale et syntheacutetique

La fourchette de tempeacuterature toleacutereacutee sera 5degC agrave 80degC ces deux limites constituent des limites drsquoacceptation

analyse de la valeur

nalyse de la Valeur git de chercher les fonctions ou les contraintes de valeurs import

Valorisation tions

La valeur drsquoune fo xprime son importance par rapport aux autres fonctions drsquoun mecircme tegravere de type coucirct les fo

Coucirct drsquoune fonctio

termineacute agrave partir des

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Le temps de fermeture deacutefini entre lrsquoinstant ou lrsquoen cesse de fournir une eacutenergie pneumatique et lrsquoinstant ou le deacutebit de fuite est nul sera de deux secondes Cet objectif est assortit drsquoune classe de latitude de niveau 2

Le deacutebit de fuite durant la peacuteriode drsquoobturation sera nul Cet objectif est assortit drsquoune classe de latitude de niveau 0

Ce deacutebit nul devra ecirctre assureacute pour un objec temps correspondant agrave 5000 H drsquoutilisation pour une freacutequence moyenne de manœuvre de 10 obturations par heure Cet objectif est assortit drsquoune classe de latitude de niveau 1

Laisser passer Autoriser un deacutebit de 025 ls pour veine fluide srsquoeacutecoulant agrave une vitesse de 2ms Ce niveau constitue une limite drsquoacceptation

Le temps drsquoouverture deacutefinit entre lrsquoinstan u lrsquoen commande lrsquoouverture par pression drsquoair comprimeacute (deacutebit de fuite est nul) et lrsquoinstant ou le deacutebit est maximum sera de ls Cet objectif est assortit drsquoune classe de latitude de niveau 2

Srsquoadapter aux normes Le produit pourra srsquoadapter sur des tuyauteries fileteacutees conformeacutement aux normes citeacutees en reacutefeacuterence

Evacuer les deacutechets Un dispositif devra permettre drsquoeacutevacuer des accumulent contre la soupape

Pouvoir deacutemonter On d ncheacuteiteacute dans

Utiliser lrsquoair comprimeacute La commande de lrsquoouverture sera assureacutee pa utilisation drsquoair comprimeacute sous pression de 6 Bar Louverture doit pouvoir ecirctre effectueacutee d s ces conditions de temps moins seacutevegraveres sous une pression d

Fiabiliteacute Le taux de deacutefaillance sera eacutegal 16 10-6heure

Lrsquoanalyse fonctionnelle fournit les fonctions Seules les fonctions principales sont retenues Celles assurant la satisfaction de besoin On peut deacutecou ir des fonctions qui ne sont pas preacutevues dans le cahier des charges et que le concepteur a rajouteacutees (exemple les fonctions B et D) I)

Une eacutetude aupregraves du service commercial renseignera sur lrsquoutilisation et lrsquoappreacuteciation de cette fonction par les clients Si certaines fonctions nrsquoapportent aucune valeur suppleacutementaire au produit elles seront supprimeacutees

Pour la vanne nous pouvons retenir

A Obturer B Maintenir fermeacute C Laisser passer D Maintenir leveacute E Etancher F Capter G Evacuer H Evacuer les deacutechets I Contrainte de construction (utiliser une vanne universelle pouvant recevoir des commandes de divers types pneumatiques eacutelectriques manuelles hydrauliques)

32 Etude des coucircts de fabrication des composants

Il srsquoagit drsquoeacutetudier le coucirct de chaque composant en vue de deacutetailler le coucirct de la matiegravere et le coucirct de chaque opeacuteration (usinage emboutissage soudure etc)

deacutechets qui srsquo

evra pouvoir effectuer un changement des piegraveces drsquousure et des piegraveces assurant lrsquoeacuteta le cadre drsquoune maintenance preacuteventive

r lrsquoan

e 3 Bar Ce niveau constitue une limite drsquoacceptation

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Par exemple la piegravece Ndeg1 de la vanne agrave commande pneumatique (cf chapitre 1) est reacutealiseacutee par assemblage de deux parties (a et b)

Renseignements sur le mateacuteriau Embout a Acier E24 dimensions d=22 L=13mm Coucirct du mateacuteriau 06 DTKg

Coucirct inve sTocircle b A eCoucirct du m tOpeacuteration ef ge TH=28DT temps 0017h Coucirct drsquoex oCoucirct des invSur a + b ca 26 DT temps 0014h En sous-t tSoit le coucirct totale par piegravece

Coucirct totale 2936 DT

es lieacutees aux diffeacuterents composants

t des documents latifs aux proceacutedeacutes de fabrication utiliseacutes

LeCela n

Drsquoestimer le pourcentage de matiegravere utiliseacutee pour chaque fonctions technique

Le es renseignements issus de la comptabiliteacute permettent de condu

Loventila reuse des coucircts nrsquoest pas toujours neacutecessaire Le jugement drsquoun groupe de travail peut avantageusement remplacer une recherche trop longue La synthegravese des avis conduira agrave une estimation proche de la reacutealiteacute analytique

Opeacuterations effectueacutees Sciage TH=22 DT temps 0016 h Perccedilage et taraudage TH=28 DT Temps 0018 h Coucirct drsquoexploration 016 DTpiegravece

sti sement 0132 DTpiegravece ci r E24 dimensions d=8mm ep=2mm a eacuteriau 016 DTKg

fectueacutee Emboutissapl itation 0016 DTpiegravece

estissements 0086 DTpiegravece dmiage Soudage de a sur b TH=

rai ance coucirct piegravece 0644 DT coucirct de production de a 1166 DT

Coucirct de production de b 0762 DT Coucirct de lrsquoassemblage a + b 1008 DT

33 Deacutefinition des fonctions techniqu

Il srsquoagit drsquoestimer la valeur des fonctions par le biais des fonctions techniques ere

coucirct de chaque piegravece doit ecirctre deacutecomposeacute sur les fonctions techniques assureacutees par cette piegravece eacutecessite

bull bull De reacutepartir le coucirct des proceacutedeacutes drsquoobtention sur chaque fonction technique

s documents meacutethodes (gammes) et dire ce travail

rsque la reacutepartition rigoureuse du coucirct nrsquoest pas possible on effectue une estimation Une tion trop rigou

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Fonctions techniques assureacutees par les piegraveces 1 3 2 9 et 13

remplies par chaque piegravece Les figures preacuteceacutedentes preacutesentent les fonctions techniques assureacutes par les piegraveces 1 3 2 9 et 13 Ce

Il faut rechercher ensuite les fonctions techniques

tte recherche permet de preacuteparer la phase suivante

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34 Reacutepartition des fonctions techniques sur les fonctions principales

Les fonctions techniques sont reacuteparties sur les fonctions principales comme montreacute sur lrsquoexemple ci-dessous A La piegravece 1 assure quatre fonctions techniques

bull Capter lrsquoair comprimeacute bull Retenir lrsquoair comprimeacute bull Centrer la membrane 17 bull Centrer la membrane sur 2

Ces quatre fonctions techniques concourent agrave la reacutealisation de la fonction principale maintenir leveacute B La piegravece 2 assure quatre fonctions techniques

bull Supporter la membrane 17 bull Fixer la membrane et la piegravece1

Ce reacutealisation de diverses fonctions principales NIR LEVE Fixer la membrane et la piegravece 1

NSTRUCTION

bull Supporter les axes 7 bull Assurer la liaison avec 9

s quatre fonctions techniques concourent agrave la Supporter la membrane 17 MAINTESupporter les axes 7 MAINTENIR FERME

TRAINTE DE COAssurer la liaison avec 9 CON

analyse est porteacutee sur un tableau agrave deux entreacutees

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Tableau de reacutepartition des Fonctions Techniques sur les Fonctions Principales

F P Piegraveces Coucirct Fonctions Techniques

A B C D E F G H I

1 3 Capte lrsquoA C Retient lrsquoA C Fixe 1 sur 2 Centre Retient 17

2 278 Supporte 17 Fixe17 sur 1 Supporte 7 Lie 2 agrave 9

3 36 Reccediloit la pousseacutee Transmet lrsquoeffort

4 4 Reccediloit la pousseacutee du ressort Centre du ressort Transmet lrsquoeffort

5 42 Maintient fermeacute x 6 14 Supporte le ressort x 7 12 Supporte 6 x 8 05 Exerce un effort sur11 x 9 35 Capte le fluide

Conduit le fluide Evacue le fluide Obture le fluide Permet le montage Guide la tige 12 Reccediloit lrsquoeacutetoupe

10 06 Fixe 2 sur 9 x 11 028 Presse lrsquoeacutetoupe x 12 16 Maintient ouvert

Maintient fermeacute Centre 13 Reccediloit lrsquoeacutetoupe

13 14 Obture Reccediloit Force drsquoouverture Reccediloit Force de fermeture

14 3 Evacue les deacutechets x 15 28 Permet le montage

Evacue les deacutechets 16 07 Etanche 17 067 Transforme la pression en x

effort 18 122 Maintient lieacute x

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cul des coucircts des fonctions techniques

n a) La fonction maintenir leveacute est assu

bull Le plan supeacuterieur avec des les taraudages Cette fonction coucircte sur cette piegravece

nderie tifs agrave lrsquousinage du plan et des taraudages Soit 144

b) La fonction m n par

bull Les perccedilages qui supportent la piegravece 6

bull La matiegravere entourant les surfaces de liaison avec le corps de vanne bull Les surfaces qui assurent la liaison avec le corps de vanne

Cette contrainte coucircte sur cette piegravece fonderie

bull - Les coucircts de fabrication relatifs aux surfaces de liaison Soit 92DT

36 Calcul des coucircts des Fonctions Principales Le coucirct total de la piegravece 2 est donc ventileacute sur les trois fonctions assureacutees

bull 144DT Pour maintenir leveacute bull 42 DT Pour maintenir fermeacute bull 92 DT Pour contrainte de construction

Ces coucircts sont reporteacutes pour chaque colonne cela permet de calculer le coucirct de chaque fonction

35 Cal La piegravece 2 concourt agrave la reacutealisation de trois fonctions princip

bull Maintenir leveacute bull Maintenir fermeacute bull Contrainte de constructio

reacute par bull Une partie de la matiegravere

bull 70 des coucircts de la matiegravere et de la fobull Les coucircts de fabrication rela

ai tenir fermeacute est assureacutebull Une partie de la matiegravere

bull 20 des coucircts de la matiegravere et de la fonderie bull Les coucircts de fabrication relatifs aux perccedilages Soit 42DT

contrainte de construction est reacutealiseacutee par

bull - 10 des coucircts de la matiegravere et de la

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Tableau de reacutepartition des coucircts F P Piegraveces Coucirct Fonctions Techniques A B C D E F G H I

1 3 Capte lrsquoA CRetient lrsquoA Fixe ur 2Centre Retient 17

2 278 Supporte 17Fixe17 sur 1Supporte 7 Lie 2

agrave 9 923 36 Reccediloit la po

Transmet lrsquoe 36 usseacutee

ffort 4 4 Reccediloit la pousseacutee du

ressoCentre du reTran et lrsquoe

ssort sm ffort

5 42 Maintient fe 42 rmeacute 6 14 Supporte le 14 ressort 7 12 Supporte 6 12 8 05 Exerce ef 05 un fort sur11 9 35 Capt lui

Cond e flEvac fluObtu fluPermet le mGuide la tigeReccediloit lrsquoeacutetou

e le f de uit l uide ue le ide re le ide 64

ontage 12 pe

10 06 Fixe 2 sur 9 0611 028 Presse lrsquoeacutetou 028 pe 12 16 Maintient ou

Maintient feCentReccediloit lrsquoeacutetou

vert rmeacute

re 13 pe

13 14 Obture Reccediloit Force drsquoouverture Reccediloit F de fermeture

14 3 Evacue les d 03 eacutechets 15 28 Perm le m

Evacue les d

06et ontage

eacutechets 22

16 07 Etanche 07 17 06 Transforme la pression

en ef 076 7

18 122 Maintient lieacute 124 Total du coucirc cha n 182 576 2544 8028 36 09t de que fo ction 76 36 17

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4 Bilan Classement des fonctions

La preacutesentation du coucirct de chaque fonction sous forme de diagramme permet de distinguer vis

C F G H

uellement les diffeacuterences Figures ci-dessous

Fonction D B I E A

Coucirct 2544 182 17 828 76 576 36 36 09

Coucirct des fonctions

Fonctions

Ce reacutesultat d a rches de reacuteduction de coucirct La prioriteacute drsquoeacutetude est donneacutee aux fonctions de coucirct le plus eacuteleveacute

La suite de lrsquoanalyse de la valeur consiste en une remise en cause des solutions constructives en vue

Cette recherche srsquoeffectue en travail de groupe Elle neacutecessite la preacutesence de technologues connaissant bien les techniques et les divers aspects du produit Crsquoest une phase lrsquoexpeacuterience des membres de groupes joue un rocircle tregraves important

Dans lrsquoexemple traiteacute le groupe drsquoeacutetude a remis en cause la reacutealisation des fonctions MAINTENIR LEVE et MAINTENIR FERME

D B 828

F G 09 H

rsquoan lyse constitue une base pour orienter reche

drsquoabaisser le coucirct des fonctions les plus oneacutereuses

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5 Solution optimiseacutee

Apregraves avoir ts lution techniques preacutesenteacute ci-dessous

Cette solutio a premiegravere par n des piegraveces 6 et 7

tions de la piegravece 2 n proceacutedeacute drsquoeacutelabora n dif rent p ur la pide la fonction MA TENI FER r i teacutegrati n du resso t dan anne

Les fluides im s le cahier des charges autorisent cette inteacutegration sans problegraveme majeur

Le co de es produits de mecirc ille nrsquoest pas odifieacute Cette uvelle lutio e ga reacuteali sur le oduction est de 22

localiseacute la source des coucirc superflus le groupe de conception agrave proposeacute la so

n se distingue de lbull Suppressiobull Modificabull Etude drsquou tio feacute

Ro egravece 2

nbull Obtention v

IN ME pa o r s lecorps de

poseacutes dan

rps vanne utiliseacute pour drsquoautr la me fam mno so n est repreacutesenteacutee ci-dessous L in seacute coucirct de pr

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Valeur ESF 1989

C BOULE valeu AFN ent S IR 5

J CHEVA Produ la valeur CEPADU it 9

de lanalyse de la valeur Meacutemento Eacutedition dOrganisation 1988

industriels raquo DUNOD Paris 1991

eacutefeacute ences bibliographiques

B ADAM Animer une eacutetude analyse de la

T Lanalyse de la r OR Mem o A AVO 199

LLIER its amp analyse de ES Ed ion 1 89

M LITAUDON La dynamique

Christian Maria laquo La qualiteacute des produits

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Fascicule de Cours

Etude de Conception

Chapitre I Analyse Fonctionnelle des Produits Meacutecaniques

1 Deacutefinition

2 Les fonctions









3 Les contraintes














53 Flexibiliteacute












81 Deacutefinition

82 Rocircle du CDCF





922 Caracteacuterisation des eacuteleacutements du milieu environnent

923 Caracteacuterisation des FS







106 Positionneur


108 Plan du capot


1 Introduction














61 Recherche de solution technologique





Chapitre III Optimisation des solutions meacutecaniques par analyse de la valeur

1 Introduction

2 Valorisation des fonctions

3 Coucirct drsquoune fonction



33 Deacutefinition des fonctions techniques lieacutees aux diffeacuterents composants



35 Calcul des coucircts des fonctions techniques

36 Calcul des coucircts des Fonctions Principales

