Managing Complexity and Uncertainty by a Modelling Approach for Decision Making in Integrated Product/Process Design
Maitrise de la complexité et incertitude pour l'aide à la décision en conception intégrée produit processus par des approches de modélisations
Résumé
The main objective in product design and development is to increase the value of a product. Value includes two aspects of quality and cost. In order to take into account both aspects, this thesis aims at Integrated Product and Process Design, especially on product design complexity and its inherent (associated) complexities. This thesis proposes a systematic modelling approach to reduce uncertainty and manage complexity. The approach includes two phases: model determination and system analysis. The first phase contains two propositions: first, a product modelling approach based on energy flow modelling in the framework of Characteristics-Properties Modelling (CPM). This approach gives a modelling framework for a smoother transition from functional to structural views, with a quantitative modelling. The second proposition is to help the designer for decision making in concurrent designing (IPPD) where both performance and cost are taken into account. This approach is based on the process flows in the same framework (CPM). The second phase is to use the determined model of phase 1 to analyse the system. So, phase 2 includes sensitivity analysis, tolerance analysis and optimisation. An application of the approach is demonstrated through an industrial case study.Thanks to this approach, effective modifiable characteristics of the product on its performance are determined. Tolerancing can be integrated in design process and its impact on the product performance can be analysed. Quantitative links in product, in process and between product elements and process elements are identified. Uncertainty in the links and every step of modelling can be elicited and managed. This systematic approach gives a pathway to the designer through the design process to make decisions in every level of decomposition based on the required function and cost of manufacturing. The approach is applicable for both modelling an existing product (optimisation approach) and modelling a new product (conceptual design phase).
L'objectif principal lors de la conception et du développement de produits est d'augmenter la valeur de ceux-ci. La Valeur comprend deux aspects : la qualité et le coût. Afin de prendre en compte ces deux aspects, cette thèse se focalise sur la conception intégrée des produits et des processus, et en particulier sur la complexité du processus de conception et les incertitudes associées. Cette thèse propose une approche de modélisation systématique pour maitriser les incertitudes et gérer la complexité. Cette approche comprend deux phases: détermination du modèle et analyse du système. La première phase contient deux propositions : une approche de modélisation de produits basée sur la modélisation des flux d'énergie dans le cadre méthodologique Characteristics-Properties Modelling (CPM). Cette approche donne un cadre qui permet de facilité la transition d’une vue fonctionnelle à une vue structurelle associée à une modélisation quantitative. La seconde proposition porte sur l’aide du concepteur lors de la conception concurrente (IPPD) où à la fois les performances et les coûts sont pris en compte. Cette approche est basée sur le flux du processus en respectant le même cadre (CPM), elle donne aussi un cadre pour la transition fonctionnelle / structurelle. Les modélisations structurelles quantitatives permettent l’analyse de sensibilité, l’analyse des tolérances et l'optimisation. L’application de l'approche est démontrée par une étude de cas industriel.Grâce à cette approche, les caractéristiques modifiables et pertinentes du produit peuvent être déterminées. Le tolérancement peut être intégré dans le processus de conception et son impact sur la performance du produit peut être analysé. Les relations quantitatives du produit, du processus sont identifiées. Les incertitudes dans les relations et dans toutes les étapes de la modélisation peuvent être élicitées et maitrisées. Cette approche systématique donne un cadre pour le concepteur à travers le processus de conception pour prendre des décisions dans tous les niveaux de décomposition sur la base de la fonction requise et le coût de fabrication. L'approche est applicable tant pour la modélisation d'un produit existant (une approche d'optimisation), tant pour la modélisation d'un nouveau produit (phase de conception conceptuelle).
Origine : Version validée par le jury (STAR)