Théories et méthodes de conception

Le domaine des théories et méthodes de conception (TMC) comporte une riche collection d’avancées et de connaissances qui résultent à la fois de fondements théoriques et d’expériences sur des processus et des activités de conception. Bien que toutes ces théories et méthodes n’aient pas encore réussi à couvrir tous les aspects de l’activité de conception, de nombreuses observations sur des cas de conception individuels ont amené à développer les fondements pour la rationalisation du processus de conception. Tomiyama et al. [Tom09] distinguent de nombreuses catégories de théories et méthodes de conception, incluant les théories de conception classiques telles que la conception systématique de Pahl et al. [Pah06], ou la conception axiomatique qui préconise l’association d’une fonction à un composant du produit [Suh90]. Selon la décomposition proposée par Tomiyama et al. [Tom09], les théories et méthodes permettant d’intégrer des préférences Théories et méthodes de conception Intégration de la maturité des connaissances dans la prise de décision en conception mécanique – application à un système solaire – 11 subjectives du décideur constituent une catégorie des théories et méthodes de conception qu’il appelle “Méthodes de prise de décision en conception”. C’est dans cette catégorie que nous plaçons les travaux exposés dans ce manuscrit. L’objectif de la section II.2 est d’identifier les principes et fondements théoriques qui constituent la théorie de décision en conception. 

Théorie générale de la conception

La théorie générale de la conception (TGC), qui a été développée par Yoshikawa [Yos81, Yos85], est une théorie de connaissances liées à la conception. Cette théorie est principalement basée sur la théorie des ensembles axiomatiques de Suh [Suh90], dans laquelle la conception est définie comme : “… la création d’une solution synthétisée sous la forme de produits, processus ou systèmes qui satisfont des besoins par la correspondance entre les exigences fonctionnelles dans le domaine fonctionnel et les paramètres de conception du domaine physique, à travers une sélection appropriée des paramètres de conception qui satisfont les exigences fonctionnelles”. La principale contribution de la TGC est une formulation mathématique du processus de conception. La TGC traite des concepts qui n’existent que dans notre esprit et vise à expliquer comment le développement du produit est conceptuellement réalisé en manipulant les connaissances et en se basant sur la théorie des ensembles axiomatiques. De ce fait, la TGC n’est pas une théorie de la conception mais une théorie abstraite sur les connaissances liées à la conception ainsi que sur leur exploitation. Elle est basée sur le constat que notre raisonnement et les connaissances liées à la conception peuvent être mathématiquement formalisés et exploités. Dans le cadre de la TGC, trois axiomes permettent de définir les connaissances comme une topologie, et les étapes du processus de conception comme un ensemble d’opérations sur des ensembles (théorie des ensembles axiomatiques). Les produits à concevoir remplissent des fonctions à travers un ensemble d’attributs (propriétés). Le processus de conception est alors considéré comme une correspondance entre l’espace des fonctions et l’espace des attributs. La Figure II-1 illustre le processus de conception dans le cadre de la TGC. La TGC a inspiré bon nombre de chercheurs et a abouti par exemple, à la théorie universelle de conception de Grabowski et al. [Gra98] et à la théorie abstraite de conception de Kakuda et Kikuchi [Kak01]. Dans notre étude, la théorie générale de la conception constitue une première étape vers une rationalisation du processus de prise de décision en conception. Intégration de la maturité des connaissances dans la prise de décision en conception mécanique – application à un système solaire – 12 Figure II-1 Processus de conception dans le cadre de la théorie générale de la conception.

Décomposition des théories et méthodes de conception

En se basant sur la théorie générale de la conception et son aptitude à couvrir l’ensemble des phases de conception, Tomiyama et al. [Tom09] proposent une classification des théories et méthodes de conception en trois grandes catégories :  Les théories et méthodes pour générer de nouvelles solutions de conception ;  Les théories et méthodes pour enrichir les informations fonctionnelles et attributives des solutions de conception ;  Les théories et méthodes pour gérer la conception et représenter les connaissances liées à la conception ;

Le modèle Fonction-Comportement-Structure

En se basant sur la théorie générale de la conception, des modèles décrivant le processus de conception ont pu voir le jour durant les dernières années. Parmi ces modèles, Gero et Kannengiesser [Ger04] ont proposé le modèle de conception Fonction-ComportementStructure (ou “FBS” pour Function-Behaviour-Structure). Le modèle FBS étend la théorie générale de la conception en couvrant la notion des interactions entre concepteur et environnement à travers des actions comme l’observation ou l’interprétation. Gero et Kannengiesser précisent que matière et intention se rejoignent au travers de la notion de comportement. La matière (appelée structure et notée 𝑆) rejoint la fonction (notée 𝐹) au travers de deux comportements, l’un attendu (comportement attendu, 𝐵𝑒 ), l’autre effectif (comportement obtenu, 𝐵s ) dans la conception et la réalisation du produit [Ger04]. Gero et Kannengiesser soulignent que toute la difficulté en conception de produits consiste à relier les comportements attendus et obtenus.