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Fascicule de Cours Etude de Conception A . B E N A M A R A 2 0 0 5 / 2 0 0 6 Mi

Fascicule de Cours Etude de Conception A . B E N A M A R A 2 0 0 5 / 2 0 0 6 Ministère de l’Enseignement Supérieur - Université de Monastir Ecole Nationale d’Ingénieurs de Monastir Département de Génie Mécanique Deuxième Année Génie Mécanique Tables de Matières Chapitre I : Analyse Fonctionnelle des Produits Mécaniques.................................. 6 1. DEFINITION...................................................................................................................................................... 6 2. LES FONCTIONS:............................................................................................................................................. 6 2.1. CLASSEMENT EN FONCTION DE LA NATURE DU SERVICE ............................................................................... 6 2.1.1. La fonction de service....................................................................................................................... 6 2.1.2. La fonction technique........................................................................................................................ 6 2.1.3. La fonction d'estime.......................................................................................................................... 7 2.2. CLASSEMENT EN FONCTION DE L'IMPORTANCE ............................................................................................. 7 2.2.1. La fonction principale....................................................................................................................... 7 2.2.2. La fonction secondaire ou complémentaire:..................................................................................... 7 2.2.3. Les fonctions temporaires................................................................................................................. 8 3. LES CONTRAINTES:....................................................................................................................................... 8 4. METHODOLOGIES DE RECENSEMENT DES FONCTIONS D’UN PRODUIT.................................... 8 4.1. LA METHODE INTUITIVE................................................................................................................................ 8 4.2. LA METHODE S.A.F.E : SEQUENTIAL ANALYSIS OF FUNCTION ESTIMATION..................................................... 8 4.2.1. Etude des séquences d'utilisation...................................................................................................... 9 4.2.2. Etude du cheminement des efforts et des mouvements:..................................................................... 9 4.3. L'EXAMEN DE L'ENVIRONNEMENT............................................................................................................... 10 4.3.1. Exemple d’application : « Lève vitre électrique » .......................................................................... 10 4.4. EXAMEN D'UN PRODUIT CONCURRENT ........................................................................................................ 11 5. CARACTERISATION DES FONCTIONS ................................................................................................... 11 5.1. LES CRITERES D’APPRECIATION DES FONCTIONS......................................................................................... 11 5.2. NIVEAU DU CRITERE ................................................................................................................................... 11 5.3. FLEXIBILITE................................................................................................................................................ 12 5.3.1. Limite d'acceptation: ...................................................................................................................... 12 5.3.2. Taux d'échange ............................................................................................................................... 12 5.3.3. Classe de latitude............................................................................................................................ 12 6. EXEMPLE D'APPLICATION: CDCF D'UNE VANNE A COMMANDE PNEUMATIQUE................. 13 7. METHODE DE CLASSEMENT DES FONCTIONS : DIAGRAMME FAST .......................................... 15 7.1. LA METHODE FAST ................................................................................................................................... 15 7.2. RECHERCHE DES FONCTIONS DE SERVICES. ................................................................................................ 16 7.3. VALIDER LES FONCTIONS DE SERVICE......................................................................................................... 17 7.4. EXEMPLE D’APPLICATION 2 : DIAGRAMME FAST D’UN ASPIRATEUR ......................................................... 18 8. LE CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL.......................................................................................... 19 8.1. DEFINITION................................................................................................................................................. 19 8.2. ROLE DU CDCF .......................................................................................................................................... 19 9. EXEMPLE D’APPLICATION I : LEVIER DE FREIN A MAIN............................................................... 20 9.1. PRESENTATION DU LEVIER DE FREIN A MAIN............................................................................................... 20 9.2. ANALYSE FONCTIONNELLE DU BESOIN....................................................................................................... 20 9.2.1. Diagramme pieuvre ........................................................................................................................ 21 9.2.2. Caractérisation des éléments du milieu environnent ...................................................................... 21 9.2.3. Caractérisation des FS : ................................................................................................................. 22 10. EXEMPLE D’APPLICATION II : CAPOT DE RAMPE D’UNE BATTERIE......................................... 25 10.1. ANALYSE FONCTIONNELLE DU CAPOT DE RAMPE........................................................................................ 26 10.2. RESISTANCE DES CROCHETS AU CISAILLEMENT .......................................................................................... 28 10.3. RESISTANCE DU CAPOT A LA FLEXION......................................................................................................... 28 ENIM, 2006, Cours : Etude de Conception, Méca2, A. BenAmara 10.4. POSITIONNEMENT DES BUTEES DE LIMITATION DE COURSE DE GLISSIERE ................................................... 29 10.5. CHOIX DU SEUIL D'INJECTION...................................................................................................................... 29 10.6. POSITIONNEUR............................................................................................................................................ 31 10.7. RETASSURE ET DEMOULAGE ....................................................................................................................... 31 10.8. PLAN DU CAPOT .......................................................................................................................................... 32 Chapitre II : Méthodes 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 4.1. NOTION DE PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT................................................................................................ 37 4.2. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT.................................................................................................................. 37 4.2.1. Exemple d’application. ................................................................................................................... 37 4.2.2. Principes de transformation et d’adaptation d’énergie : les actionneurs ...................................... 40 4.2.3. Principes de transformation et d’adaptation de mouvement : les mécanismes .............................. 40 5. RECHERCHE DE SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES. ........................................................................... 40 5.1. STRUCTURE, TOPOLOGIE, GEOMETRIE ET DIMENSIONS DES SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES......................... 41 5.2. EXIGENCES FONCTIONNELLES DE COMPORTEMENT MECANIQUE................................................................. 41 6. EXEMPLE D’APPLICATION : SECATEUR INFACO.............................................................................. 42 6.1. RECHERCHE DE SOLUTION TECHNOLOGIQUE :............................................................................................. 42 6.2. CLASSEMENT DES SOLUTIONS TECHNOLOGIQUES ....................................................................................... 44 6.2.1. Développement de la solution 18.................................................................................................... 44 6.2.2. Développement de la solution 17.................................................................................................... 45 6.2.3. Détails techniques des modifications proposées............................................................................. 46 Chapitre III : Optimisation des solutions mécaniques par analyse de la valeur. . 50 1. INTRODUCTION ;.......................................................................................................................................... 50 2. VALORISATION DES FONCTIONS; .......................................................................................................... 50 3. COUT D’UNE FONCTION............................................................................................................................. 50 3.1. DEFINITION DU CDCF DU PRODUIT............................................................................................................. 50 3.2. ETUDE DES COUTS DE FABRICATION DES COMPOSANTS............................................................................... 51 3.3. DEFINITION DES FONCTIONS TECHNIQUES LIEES AUX DIFFERENTS COMPOSANTS........................................ 52 3.4. REPARTITION DES FONCTIONS TECHNIQUES SUR LES FONCTIONS PRINCIPALES :......................................... 54 3.5. CALCUL DES COUTS DES FONCTIONS TECHNIQUES ...................................................................................... 56 3.6. CALCUL DES COUTS DES FONCTIONS PRINCIPALES ..................................................................................... 56 4. BILAN : CLASSEMENT DES FONCTIONS ............................................................................................... 58 5. SOLUTION OPTIMISEE : ............................................................................................................................. 59 ENIM, 2006, Cours : Etude de Conception, Méca2, A. BenAmara Chapitre I : Analyse fonctionnelle ENIM, 2006, Cours : Etude de Conception, Méca2, A. BenAmara Chapitre I : Analyse Fonctionnelle des Produits Mécaniques. 1. Définition C'est le stade de l'étude du besoin au quel le produit doit répondre. Ce besoin est défini par le client ou le service Marketing sous forme d'un cahier des charges dit fonctionnel CDCF. Les fonctions et contraintes doivent être quantifiées, c'est à dire qu'on doit préciser pour chaque caractéristique la valeur nominale ainsi que les tolérances et le niveau de qualité acceptable. L'analyse fonctionnelle constitue le coeur même de l'analyse de la valeur. Selon la norme AFNOR l’analyse fonctionnelle est une "Démarche qui consiste à recenser, caractériser, ordonner, hiérarchiser et valoriser les fonctions. " C'est une démarche efficace pour le concepteur d'un produit. Elle applique au niveau du produit les questions posées au niveau des services: • Qui est le client direct? • Quel est son besoin? • Comment le satisfaire? L'analyse fonctionnelle s'applique à des produits nouveaux ou à des produits existants, en vue de leurs améliorations. Elle dématérialise (abstraction) le produit pour le traduire en terme de fonction. 2. Les fonctions: Selon la norme AFNOR, Une fonction est « une action d'un produit ou de l'un de ses constituants exprimés exclusivement en terme de finalité ». Une fonction est formulée par un verbe à l'infinitif suivi d'un complément. L’expression d’une fonction fait abstraction de toute référence à des solutions. En effet, il s’agit d’exprimer le service rendu par le produit sans préciser comment ce dernier doit assurer le service considéré. Pour mieux distinguer les différentes catégories de fonction, on peut considérer deux type de classement : une classement selon la nature et un classement selon l’importance. 2.1. Classement en fonction de la nature du service 2.1.1. La fonction de service Répond au besoin exprimé par l'utilisateur. Par exemple: • Pour un stylo: « Laisser une trace ». • Pour un verre: « Contenir un liquide ». • Pour une lumière: « Eclairer une surface ». • Pour un moteur électrique: « Transformer l'énergie électrique en énergie mécanique ». 2.1.2. La fonction technique. N'est pas demandé explicitement par l'utilisateur, mais elle est nécessaire au concepteur pour assurer la fonction de service. Selon la norme AFNOR une fonction technique est : « Action interne au produit défini par le concepteur pour assurer les fonctions de service ». ENIM, 2006, Cours : Etude de Conception, Méca2, A. BenAmara Exemple : • La fonction de service d'une paire de lunettes correctives est « améliorer la vision ». Les fonctions telles que: « soutenir le verre », « s'appuyer sur les aspérités du visage », ne sont pas demandées par l'utilisateur. Ce sont des fonctions techniques. • La fonction « refroidir un moteur thermique » est une fonction technique. Elle est interne au produit. L'automobiliste n'en exprime pas le besoin, mais le concepteur doit l'assurer pour satisfaire le besoin final de l'automobiliste. Certaines fonctions techniques sont aussi classées en contraintes. Par exemple, les contraintes de construction. Elles traduisent la nécessité d'assurer le montage du mécanisme ou l'utilisation de composants imposés par l'état de la technique. 2.1.3. La fonction d'estime Elle est souvent reliée à un aspect esthétique ou à la présence d'un élément jugé valorisant. • Pour un stylo: « Posséder une plume en or ». • Pour un verre : « Avoir le reflet du cristal ». • Pour un véhicule automobile: « Donner une image sportive ». 2.2. Classement en fonction de l'importance Toutes les fonctions énoncées durant la phase de recherche n'ont pas un même degré d'importance vis à vis du besoin exprimé. Le classement a pour objectif d'établir une certaine hiérarchie entre les diverses fonctions. On établit un classement en trois grandes familles: • Les fonctions principales, • Les fonctions secondaires, • Les contraintes. 2.2.1. La fonction principale C'est la fonction pour laquelle le produit est conçu. Un produit peut posséder plusieurs fonctions principales: • Une paire de lunettes doit: « être en harmonie avec le visage », « être empochable », « résister aux rayures ». • Un moteur électrique doit: « fournir une puissance mécanique » et « être fiable ». • Une fonction d'estime constitue la fonction principale pour certains produits: o Posséder une voiture de luxe. o Donner une image dynamique. 2.2.2. La fonction secondaire ou complémentaire: On recense dans cette classe toutes les fonctions qui ne sont pas principales. Mais cette construction doit pouvoir offrir de nombreuses autres fonctions, nécessaires, mais classées comme secondaires par rapport à la fonction principale. La fonction principale d'un abri bus est d'abriter les passagers. Les usages doivent pouvoir: • Repérer aisément la ligne de bus; • Visualiser les bus qui arrivent (tout en étant abrités); • S'informer sur le service, etc. ENIM, 2006, Cours : Etude de Conception, Méca2, A. BenAmara 2.2.3. Les fonctions temporaires Les fonctions temporaires sont utilisées durant certaines phases de la vie d'un produit. Un produit est livré dans son emballage en état de fonctionnement. Le transport (routier, maritime, ferroviaire) ne doit uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-etude-de-conception-mecanique-by-walidenim.pdf