Simulateur informatique en travaux pratiques de bureau d’études mécaniques

Un constat : les pratiques professionnelles de conception évoluent

D’après une enquête réalisée par le ministère de l’économie, des finances et de l’industrie et le ministère de l’agriculture et de la pêche en 1997 dans 3205 entreprises de l’industrie manufacturière française, (analysée dans Gollac M., Greeman N. et HamonCholet D., 2000), quatre raisons motivent les entreprises industrielles françaises à changer, en quête d’une meilleure compétitivité : assurer la qualité des produits, diminuer les délais entre commandes et livraisons, faire face aux fluctuations des demandes et impliquer la main-d’œuvre. Nous montrons ci-dessous que, pour répondre à ces besoins, les pratiques professionnelles de conception connaissent trois changements. Le premier changement concerne l’organisation du travail.

L’ingénierie concourante comme modèle d’organisation

Le tableau ci-dessous montre que de nouveaux dispositifs organisationnels ont fait leur apparition dans les entreprises industrielles. Tableau 1 : Nouveaux dispositifs organisationnels (données provenant de Gollac et al., 2000) Dispositif organisationnel Taux d’utilisation (en 1997)* Utilisation en croissance (entre 1994 et 97)** Sous-traitance 56% 20% Équipes ou groupes de projet (avec imp lication de plus de 10% du personnel) 22% Inconnu * proportion d’entreprises de l’industrie manufacturière française qui utilisent le dispositif désigné dans la première colonne, sur un échantillon de 3205 ** proportion d’entreprises manufacturières françaises dans lesquelles l’utilisation du dispositif a été en augmentation L’utilisation de tels dispositifs influe sur l’organisation du travail des concepteurs. Le travail en groupe projet et la sous-traitance impose que le concepteur travaille avec des spécialistes de différents domaines et de différentes parties de la machine. Une telle évolution est aussi décrite par de nombreux témoignages d’acteurs en entreprise, de spécialistes de la conception et d’ergonomes (Prudhomme et Brissaud, 2000, Bossard, Chanchevrier et Leclair, 1997, De Terssac et Friedberg, 1996, Darses, 1997). L’organisation des entreprises industrielles tend aujourd’hui vers le modèle de l’ingénierie concourante. Et cela influence l’organisation du travail des concepteurs de bureaux d’études. Ainsi Françoise Darses (Darses, 1997), qui analyse les activités cognitives de conception, distingue, dans les pratiques d’ingénierie concourante, les moments de « conception distribuée » des concepteurs, et les moments de « co-conception ». « Deux types de situations de coopération […] sont à l’œuvre dans les organisations en ingénierie concourante : les situations de conception distribuée et les situations de coconception. Dans les situations de conception distribuée, les acteurs du process sont simultanément – mais non conjointement – engagés à coopérer ; ils accomplissent des tâches préalablement allouées et poursuivent donc des buts […] qui leur sont propres […]. Ces phases de conception distribuée sont entrecoupées de réunions d’avancement du projet, au cours desquelles sont confrontés, débattus et rendus cohérents les travaux de chaque équipe […]. Ces phases de mise en commun [sont les] phases de co-conception » (Darses, 1997, p. 51 et 52). Jean-Claude Moisdon et Benoît Weil (1992), eux aussi, font un découpage du même ordre des problèmes ou « questions » à traiter lors de la conception d’une voiture. « On peut […] constituer deux grandes catégories [de questions] : celles que pose le fonctionnement interne d’un sous-ensemble technique, et celles qui surgissent quand on souhaite intégrer un sous-ensemble dans l’environnement de la voiture. […] Cependant la

distinction entre ces deux types de questions ne peut pas toujours être maintenue : une modification liée au fonctionnement interne d’un sous-ensemble peut avoir des conséquences sur l’environnement et obliger à renégocier certaines contraintes avec celuici ; a contrario la résolution d’un problème d’interface peut passer par la transformation du fonctionnement interne d’un composant » (Moisdon et Weil, 1992a, p. 36). Bertrand Nicquevert (2000), concernant la conception d’un détecteur de particules au CERN, distingue les activités de « conception » des activités de « coordination » : « Il nous paraît nécessaire de distinguer […] les activités de conception (liées à la conception et à la production d’éléments de détecteurs) des activités de coordination (qui visent à assurer la compatibilité des éléments entre eux, et la réalisation de fonctions globales telles que services, accès et maintenance, sécurité, …) » (Nicquevert, 2000). En synthèse de ces descriptions, trois capacités de conception distinctes semblent donc découler d’une organisation selon le modèle de l’ingénierie concourante : – La capacité à expliquer ses problèmes de conception à des spécialistes d’autres domaines d’action sur le produit (en particulier la fabrication) et la capacité à comprendre les problèmes techniques énoncés par ces spécialistes, spécifiques à leur domaine. – La capacité à concevoir les interfaces entre différentes parties de la machine, conçues par différents concepteurs, c’est-à-dire à s’assurer de leur compatibilité. – La capacité à concevoir en groupe une partie de la machine dont le groupe a la responsabilité. Le deuxième changement qui touche les pratiques professionnelles de conception est l’informatisation des postes de travail.

L’informatisation des postes de travail

Les deux tableaux suivants présentent des données statistiques qui caractérisent les usages réels des outils informatiques dans les entreprises et en particulier dans les bureaux d’études. De ces données, il ressort qu’un concepteur doit maîtriser quatre types d’outils informatiques : les outils de recherche d’informations, les outils de simulation des comportements physico-chimiques par le calcul, les outils de représentation, et les outils de communication et de transfert de données. Tableau 2 : Utilisation des outils informatiques dans les entreprises industrielles (données provenant de Gollac et al., 2000) Outil informatique Taux d’utilisation (en 1997)* Utilisation en croissance (entre 1994 et 97)** Transferts informatiques de données entre conception et production 44% 16% Transferts informatiques de données entre conception et fournisseurs 8% 11% Utilisation d’Internet pour la messagerie électronique 36% 36% Utilisation d’Internet pour la recherche d’informations 42% 42% * proportion d’entreprises de l’industrie manufacturière française qui utilisent le dispositif désigné dans la première colonne, sur un échantillon de 3205 ** proportion d’entreprises de l’industrie manufacturière française dans lesquelles l’utilisation du dispositif a été en augmentation Tableau 3 : Equipement informatique des bureaux d’études en France (données provenant de Préveraud, 1998) Outil informatique Taux de BE équipés Dessin Assisté par Ordinateur 78% Conception Assistée par Ordinateur 66% Logiciel de calcul 37% Schématique 31% Prototypage rapide 6% 

La normalisation et l’application de nouvelles méthodes

Enfin, une autre évolution des pratiques industrielles, ayant pour but de gérer les problèmes de qualité, est l’utilisation de systèmes de certification, de garanties de qualité, des méthodes d’analyse de la valeur et d’analyse fonctionnelle. Les méthodes d’analyse de la valeur et d’analyse fonctionnelle, qui concernent les bureaux d’études, étaient utilisées dans 33% des entreprises manufacturières de plus de 50 salariés en 1997, avec une augmentation de leur utilisation dans 21% d’entre elles (d’après Gollac et al., 2000). Mais des analyses des applications réelles de la méthode de l’analyse fonctionnelle, pour proposer des solutions techniques innovantes, (Darses, 1997 et Prudhomme, 1999) montrent qu’elles ne sont pas effectives et que cette méthode est mal adaptée au processus cognitif spontané de conception des professionnels. Cependant, l’analyse fonctionnelle est une méthode au cours de laquelle sont produits des documents standards, qui servent de contrats (tel que le cahier des charges fonctionnel) et de moyens de communication entre les acteurs d’un même projet. Nous pensons donc qu’elle doit être connue par un concepteur.  Par ailleurs, la méthode de l’analyse de la valeur, est un outil d’aide à la décision collective. Elle oblige les différents acteurs, pas forcément spécialistes du même domaine, d’exprimer les contraintes sur le produit en cours de conception, et les critères d’évaluation des solutions proposées. C’est une méthode qui rationalise la conception concourante. C’est pourquoi nous pensons qu’un concepteur doit aussi connaître cette méthode. Nous avons décrit trois évolutions importantes des pratiques professionnelles de conception, et nous avons identifié des capacités qu’il sera nécessaire d’enseigner si l’on souhaite former les futurs concepteurs. C’est une partie de ces capacités de conception que nous avons visées dans la formation Codimi, décrite ci-dessous.

Codimi : une formation à la conception distribuée de machines industrielles

Codimi a été définie par six enseignants du département de génie mécanique de l’École Normale Supérieure de Cachan en 1998-99. Ces six enseignants sont : Yves Cartonnet, coordinateur du projet, maître de conférences en didactique ; Bernard Douchin, agrégé de mécanique, doctorant en mécanique ; Anthony Gravouil, agrégé de mécanique, doctorant en mécanique ; Didier Marquis, professeur des universités en mécanique ; Bruno Soulier, maître de conférences en mécanique ; Michaël Huchette, agrégé de mécanique, doctorant en didactique (statuts et fonctions en 1998). 

Démarche de conception de la formation

Pour assurer la pertinence des contenus d’enseignement par rapport aux pratiques professionnelles, Codimi a été construite comme une simulation des pratiques de conception lors d’un projet de conception d’un nouveau produit. Les caractéristiques de la formation qui ont été prises des réalités industrielles sont les suivantes : – L’objet technique à concevoir est une pompe doseuse, machine qui est produite de manière industrielle. De nouveaux modèles de pompes doseuses sont encore effectivement conçus aujourd’hui (par exemple le constructeur Dosapro Miltonroy a sorti une nouvelle gamme en 2001). – Les outils utilisés : ordinateur, logiciel de calcul pour l’ingénieur (Mathcad), base de données hypertexte, messagerie électronique (chat), poste de visioconférence avec banc-titre. – L’organisation du travail : conception distribuée, méthode de l’analyse de la valeur, étapes d’un projet de conception. Chapitre I 19 Michaël Huchette – 2002 La nature et la chronologie des étapes de la conception sont basées sur la démarche de conception de l’entreprise Dosapro Miltonroy, qui conçoit, fabrique et commercialise des pompes doseuses. Cette entreprise est une filiale de la multinationale Miltonroy. Elle compte 250 employés et se situe à Pont-Saint-Pierre, en Normandie. La conception de la formation a profité d’une visite d’une journée de l’entreprise, des bureaux d’études aux ateliers de production et d’un entretien avec le directeur du service de recherches et développements au sujet de la démarche de conception d’un nouveau produit. Les étapes de la conception d’une nouvelle gamme de pompes chez Dosapro sont les suivantes : 1. Analyse du marché par le service marketing et décision de la hiérarchie de lancer la conception d’un nouveau produit ou d’une nouvelle gamme de produits 2. Établissement d’un cahier des charges 3. Veille concurrentielle 4. Choix d’un principe de pompe 5. Dimensionnement de « la mécanique » : choix du moteur, de la tête de dosage et des dimensions de l’architecture pour assurer les performances voulues 6. Conception détaillée. La chronologie et le découpage de la formation Codimi ont été choisis en suivant ces étapes, à partir de l’étape 3. Nous donnons le déroulement chronologique de Codimi au paragraphe 2.5, et, de manière plus détaillée, en annexe 1. Par ailleurs, des discussions téléphoniques avec des techniciens du bureau d’études de l’entreprise ont aussi permis de préciser la démarche de dimensionnement des pièces d’une pompe doseuse. En particulier, ont été identifiées les décisions qui sont prises par expérience, qu’un novice ne peut prendre a priori. Enfin, pour rendre compte du panorama des pompes doseuses existantes sur le marché mondial, et pour faire utiliser les moyens informatiques actuels, une base de données hypertexte a été préparée. Elle contient les documentations techniques et commerciales des constructeurs de pompes doseuses et permet d’effectuer une veille concurrentielle.

Objectifs de la formation

La formation Codimi a trois objectifs. Le premier est de faire vivre aux étudiants une succession d’activités constituant une démarche de conception, issue de nos entretiens avec le personnel de l’entreprise Dosapro. Le deuxième objectif est d’apprendre aux étudiants à maîtriser l’usage des outils informatiques professionnels : les étudiants utilisent une base de données techniques sur Internet, un logiciel de calculs pour l’ingénieur (mathcad), un logiciel de dialogue par écrit (ICQ) et un poste de visioconférence avec banc-titre en réseau haut débit. Le  troisième objectif consiste à amener les étudiants à penser la conception d’un produit industriel comme une activité collective par la maîtrise de la notion d’interface entre deux sous-structures de la machine conçues par deux concepteurs différents : les étudiants doivent apprendre à définir les interfaces et à communiquer à leur propos. 2.3. Organisation physique Une promotion d’étudiants de la licence de technologie mécanique est divisée en six groupes d’environ quinze étudiants. Ces groupes se trouvent dans deux bâtiments distants d’une centaine de mètres et sont jumelés deux à deux (voir figure 1). Dans chaque groupe de quinze sont constitués des groupes de deux à trois étudiants. Chacun de ces groupes travaille à distance avec trois autres étudiants. Ils forment donc des unités de travail de six étudiants. Les deux groupes constituant une unité de travail peuvent communiquer par messagerie électronique (chat) et par visioconférence. Les postes de visioconférence sont munis d’un banc-titre qui permet de retransmettre l’image d’un document disposé sur la table. Ils disposent de plus du logiciel de calcul Mathcad et d’une base de données en réseau sur les pompes doseuses existantes.