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Note scientifique et technique n° 219 IET/ JMs 1 17/10/02 Conception et Ergonom

Note scientifique et technique n° 219 IET/ JMs 1 17/10/02 Conception et Ergonomie Méthodes et Outils pour intégrer l’ergonomie dans le cycle de conception des outils à mains J. MARSOT Département "Ingénierie des Equipements de Travail", centre de Lorraine de l'INRS, VANDOEUVRE. Résumé Afin de définir les méthodes de conception favorisant l’intégration de l’ergonomie, une vision générique d’une méthode de conception est dans un premier temps proposée. Ensuite, les principales approches industrielles de la conception de produit sont exposées et, pour chacune d’elles, les moments et les types d’intervention proposés aux ergonomes sont mis en évidence. Une démarche adaptée pour l’intégration de l’ergonomie dans le processus de conception a ainsi pu être définie. Il s’agit dans un contexte d'ingénierie concourante, de suivre un processus de conception évolutif reposant sur le couplage de l'analyse fonctionnelle avec des techniques de prototypage. Enfin trois outils méthodologiques de conception sont présentés ; l’analyse fonctionnelle du besoin, le QFD et TRIZ. Au travers de leur mise en œuvre dans le projet CEROM (Conception Ergonomique d’Outils à Mains) il a été montré en quoi ils sont capables de répondre à la problématique de l'intégration de l’ergonomie à la conception des produits. Mots clés : ERGONOMIE - CONCEPTION – METHODE – OUTILS Note scientifique et technique n° 219 IET/ JMs 2 17/10/02 SOMMAIRE AVANT PROPOS.....................................................................................................................3 1. METHODES, MODELES ET OUTILS DE CONCEPTION......................................5 1.1. DEFINITIONS ...........................................................................................................5 1.2. ORGANISATION DES PHASES DE LA CONCEPTION.......................................9 1.3. ORGANISATION DES ACTEURS DE LA CONCEPTION .................................14 1.4. LES OBJETS INTERMEDIAIRES DE LA CONCEPTION ..................................17 1.5. LES OUTILS DE LA CONCEPTION.....................................................................19 2. L’ANALYSE FONCTIONNELLE DU BESOIN ........................................................21 2.1. PRESENTATION ....................................................................................................21 2.2. APPLICATION DE L’ANALYSE FONCTIONNELLE DANS CEROM .............22 2.3. CONCLUSION SUR L’ANALYSE FONCTIONELLE .........................................23 3. LE QFD ...........................................................................................................................24 3.1. PRESENTATION ....................................................................................................24 3.2. APPLICATION DU QFD DANS CEROM .............................................................26 3.3. CONCLUSION SUR LE QFD.................................................................................31 4. TRIZ ................................................................................................................................33 4.1. PRESENTATION ....................................................................................................33 4.2. APPLICATION DE TRIZ DANS CEROM.............................................................37 4.3. CONCLUSION SUR TRIZ......................................................................................41 5. CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES ..................................................42 6. BIBLIOGRAPHIE .........................................................................................................45 LISTE DES ILLUSTRATIONS............................................................................................50 LISTE DES TABLEAUX ......................................................................................................51 ANNEXE I...............................................................................................................................52 LA SOCIETE A....................................................................................................................53 LA SOCIETE B....................................................................................................................55 LA SOCIETE SANDVIK ....................................................................................................56 ANNEXE II .............................................................................................................................57 ANNEXE III............................................................................................................................62 ANNEXE IV............................................................................................................................68 Note scientifique et technique n° 219 IET/ JMs 3 17/10/02 AVANT PROPOS Ces dernières années, la conception des outils à main fait l'objet d'un regain d'attention de la part des utilisateurs, des fabricants (Sandvik, 1995 ; Atlas-Copco, 1995) et des chercheurs (Eurohantools, 1996 ; ACOME, 1998). En effet, de l'objectif initial lié à une préoccupation d'efficacité en termes de rendement : faire plus et mieux (que la main) et plus vite, est venu s'ajouter le souci de moindre sollicitation de l'utilisateur et donc d'une conception plus "ergonomique" : faire sans nuire, sans fatigue, ni inconfort. Plusieurs évènements sont à l'origine de cette évolution. Le premier est en relation directe avec l'accroissement, depuis le début des années 1980, du nombre de troubles musculo-squelettiques (TMS) dans de nombreux pays industrialisés. Les TMS sont fréquents dans les entreprises où il est largement fait appel à l'utilisation d'outils à main : industrie agro-alimentaire (Armstrong et coll., 1982), industrie automobile (Vanbergeijk, 1996), industrie électronique (Tichauer et coll., 1977) ou entreprise d'assemblage d'appareils électroménagers (Aptel, 1993). Selon une enquête réalisée par le NIOSH (1993) aux Etats-Unis, les TMS représentent 24 % de tous les accidents du travail et maladies professionnelles liés à l'utilisation d'outils à main. Pour la France, les outils à main sont à l'origine de près de 6% des Accidents du Travail et les TMS représentent plus de 66% des Maladies Professionnelles indemnisées1 (Travail & Sécurité, 2001). Cet accroissement très important du nombre de TMS observés depuis plusieurs années (cf. figure 1) justifie qu'un effort important soit réalisé dans le sens d'une réduction des sollicitations de l'opérateur. Figure 1: Evolution du nombre de TMS indemnisés 1 Les maladies professionnelles liées aux TMS sont recensées dans le tableau 57 "Affections périarticulaires" de la Caisse Nationale d'Assurance Maladies 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 Note scientifique et technique n° 219 IET/ JMs 4 17/10/02 Le second découle de la compétition entre les industriels qu’ils soient concepteurs ou utilisateurs d’outils à mains. En effet, le raccourcissement du cycle de vie des produits, l'évolution rapide des marchés et de la concurrence, l’accroissement des exigences des clients qui attendent des produits de plus en plus personnalisés, contraignent les entreprises à développer de nouvelles technologies et de nouvelles formes d'organisation de la production. Elles incluent notamment des aspects tels que l'augmentation de la complexité de la tâche, du temps de cycle et donc du nombre d'opérations, ce qui a pour effet d'entraîner de nouvelles exigences relatives aux outils utilisés. C'est dans ce cadre que c’est inscrit le projet CEROM (Conception ERgonomique d’Outils à Main) dont un des objectifs est de mettre à la disposition des fabricants, des connaissances et des méthodes leur permettant de concevoir des outils à mains efficaces plus sûrs et moins sollicitants pour les utilisateurs Ce projet est articulé autour d’une problématique industrielle qui est celle des métiers de découpe et de désossage de la viande. Ce choix est basé sur les résultats d'une étude statistique menée dans le cadre de l'étude d'instruction du projet (Aptel et coll. 1998) faisant apparaître un grand nombre de maladies professionnelles reconnues au titre du tableau n°57 dans l'industrie de la viande. Ce projet regroupe outre l’INRS, les partenaires suivants : la Caisse Centrale de la Mutualité Sociale Agricole (CCMSA), la Caisse Régionale d’Assurance Maladie de Bretagne, la Société Vitréenne d’Abattage (S.V.A) et les fabricants et/ou distributeurs de couteaux DASSAUD Fils et INDUSTRADE. Ce document est une synthèse des travaux réalisés dans le cadre de ce projet relatif à la définition des méthodes et des outils de conception favorisant l’intégration de l’ergonomie (Bonnevie et coll., 1998 ; Marchall, 2000 ; Bouaziz, 2001). Note scientifique et technique n° 219 IET/ JMs 5 17/10/02 1. METHODES, MODELES ET OUTILS DE CONCEPTION La problématique qui pose la question « comment intégrer l’ergonomie dans le processus conception » en appelle en fait une deuxième « pourquoi rechercher des méthodes de conception formalisées alors que tant d’industriels réalisent d’excellents produits à partir de méthodes empiriques ou semi-empiriques ?». La structuration méthodique du processus de conception est une nécessité car, aujourd’hui, la compétitivité des entreprises dépend non seulement de la maîtrise des technologies essentielles à leur activité, mais également de leur stratégie et de leur gestion du processus global de conception. Il est, en effet, admis que 75% des coûts totaux de développement et d'industrialisation d'un produit sont déterminés dés le début de la conception (Bascoul, 1999). Une étude réalisée sur les facteurs de réussite des projets de conception montre que 12 % des projets structurés aboutissent contre seulement 1 à 1,7 % pour les projets non structurés (Breton, 1996). Par ailleurs, la formalisation ouvre la voie à la capitalisation des savoirs et savoir-faire. 1.1. DEFINITIONS A l’instar de la communauté scientifique (Rodenacker, 1970 ; Maître et coll., 1992 ; Duchamp, 1999), nous considérons la conception comme la transformation d’un concept en un produit. Pour définir ce qu’est une « méthode de conception » nous avons retenu la définition selon laquelle « Une méthode propose une démarche cherchant à définir l'ordonnancement de toutes les activités à mener à bien pour atteindre un objectif final. Une technique est un procédé permettant de réaliser une ou plusieurs de ces activités. Une méthode peut donc demander l'emploi successif de plusieurs techniques.» (Pomian et coll. 1997). En accord avec cette définition, la démarche de conception représente l’ensemble des activités, donc des acteurs2 et de leurs tâches qu’il faut organiser au mieux pour transformer un concept (abstrait) en un produit (réel). Les techniques (ou outils) désignent l'ensemble des moyens utilisés lors des différentes activités. Ce peut être des logiciels, des normes, des questionnaires, du prototypage, des outils d'analyse, etc. 2 La notion d’acteur n’est pas forcément attachée à une seule et même personne. Un acteur peut être un service, une entreprise, un organisme qui disposent d'un représentant lors des réunions. Note scientifique et technique n° 219 IET/ JMs 6 17/10/02 Malgré la multiplicité des domaines de conception et la variété des méthodologies développées pour chacun d'entre eux, l’ordonnancement des activités de conception reste assez semblable d’une méthode à l’autre. La principale différence entre ces démarches porte sur le point de départ de l'acte de conception et le moment où celui-ci prend fin (Vadcard, 1996). Nous retiendrons pour la suite un découpage simplifié en 4 phases (cf. figure 2) que nous définissons succinctement comme suit : • Phase de spécifications ; les services requis du système et les contraintes de développement sont établis avec le client. Ensuite, les exigences auxquelles l’objet technique doit répondre, sont précisées dans un cahier des charges. Chaque fonction du futur objet est définie complètement et sans ambiguïté par un ou plusieurs critères quantifiables. • Phase de conception générale ; cette étape représente une phase d'avant-projet ou une représentation schématique de la cinématique et de l'architecture. Elle sera définie pour permettre d’analyser les divers schémas conceptuels possibles. • Phase de conception uploads/Ingenierie_Lourd/ ns-219.pdf