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Soutenance thèse de Pierre-Antoine Arrighi "Modèles d'intégration des designers créatifs dans les processus de conception industriels"
- 1. MODELES D'INTEGRATION DES DESIGNERS CREATIFS DANS LES PROCESSUS DE CONCEPTION INDUSTRIELS Pierre-Antoine Arrighi Soutenance thèse CIFRE du 26 Mars 2014 Présentée devant le Jury:! ! M. Ameziane AOUSSAT, Professeur, CPI, École Nationale des Arts et Métiers ! ! !Rapporteur! Mme Anne ASENSIO, Vice-Présidente Design Experience, Design Studio, Dassault Sytèmes ! !Examinatrice! M. Roland DE GUIO, Professeur, LGECO, INSA Strasbourg ! ! ! !Rapporteur! M. Tomás DORTA, Professeur, Hybridlab, Université de Montréal ! ! ! !Examinateur! M. Alain FINDELI, Professeur, Département Sciences & Arts, Université de Nîmes ! !Examinateur! M. Pascal LE MASSON, Professeur, CGS, Mines ParisTech ! ! ! !Directeur de thèse! Mme Frédérique PAIN, Directrice de Recherche, Strate Collège designers ! ! !Examinatrice! M. Benoit WEIL, Professeur, CGS, Mines ParisTech ! ! ! ! !Directeur de thèse! 1!
- 2. 2! Un processus de conception en demande d’innovation, des concepteurs créatifs! Identifiés comme créatifs et innovants (Berkowitz , 87; Mozota, 02; Verganti, 08).! Les designers industriels sont des concepteurs créatifs aux capacités recherchées! Leur type de créativité : forme, usage et esthétique sont prioritaires (Kelley et Al., 01; Lojacono et Al., 12).! Le modèle séquentiel du processus de conception! Favorise qualité, contrôle et réduction des coûts (Utterback et Al., 75; Clark et Al., 91, Ulrich et Al., 03).! Intègre de nombreux concepteurs, tels que chercheurs et ingénieurs (Le Masson et al. 10). ! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultats! Implications et perspectives!
- 3. Une intégration difficile des designers industriels créatifs! 3! >Apparus en dehors des entreprises (Loewy, 1963).! >Les designers industriels sont mystérieux et incompris (Smith, 05).! >Collaboration difficile avec les autres concepteurs (Von Stamm, 08; Micheli et Al., 12).! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultats! Implications et perspectives! >Intervenir en début de processus : « creative front end » (Khurana et Al., 97; Reid et Al., 04).! Afin d’évacuer les tensions liées à leur intégration et ne pas dégrader leur créativité,! une juxtaposition s’est imposée.! >Intervenir en fin de processus : « habiller le bossu » (Loewy, 63).!
- 4. 4! La juxtaposition des phases créatives entraîne le Design gap (Wendrich et Al., 09).! ! Design gap Le Design gap! ! Désigne la conversion des représentations du concept qui survient lors du passage entre « creative front-end » et « product development ».! ! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultats! Implications et perspectives! De nouveaux modèles d’intégration sont nécessaires pour surmonter le Design Gap.! Cette conversion génère des pertes : connaissances et potentiel.!
- 5. 5! La littérature fournit des pistes pour un modèle d’intégration enrichi :! >Approche Kansei : intégration de dimensions sensibles comme paramètres de conception tangibles (Nagamachi, 02; Bouchard et Al., 08; Kelly et al., 11).! >Recherche par le design : approche ancrée dans les théories de la conception, la recherche action et la recherche participative (Findeli et Al., 08).! >Proposition d’outils numériques spécifiques pour traiter le « creative front end » ! (Dorta et Al., 08; Bae et Al., 08; Rieuf, 13).! >Outils exploitant les nouvelles interfaces! (Fuchs et Al., 98, Whyte, 00; Fiorentino et Al. 02; Bourdot et Al., 10; Meyrueis, 11; Dorta et Al., 11).! 2014 2020 ? Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultats! Implications et perspectives! Ces travaux mettent en lumière les spécificités du design industriel et proposent des stratégies pour son intégration.!
- 6. 6! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultats! Implications et perspectives! L’apport des Sciences de gestion pour favoriser l’intégration des designers industriels : préciser les modèles d’actions du designer industriel intégré ! ! (2) Un modèle de leur performance! (3) L’organisation de leur activité! (1) Leurs raisonnements de conception! Les trois dimensions d’un modèle d’action (Hatchuel et Al., 92) : ! Cette activité se réalise à l’aide d’outils (qui la rendent aussi observable).!
- 7. Cadre théorique : 4 disciplines académiques pour analyser les activités outillées des designers industriels intégrés! 7! Distorsion de l’innovation dans les modèles linéaires (Kline et Al., 00)! Conception numérique et créativité (Thomke et Al., 00)! Les effets de fixation et la créativité! (Ward, 94)! Modèles formels des raisonnements de conception (Swan et Al., 94)! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultats! Implications et perspectives!
- 8. 8! Méthodologie de recherche 1/2 :! Une approche en recherche intervention basée sur l’étude des outils numériques! >Les modes d’actions des concepteurs s’incarnent dans les outils.! ! >Les outils numériques sont un bon vecteur d’intégration (cf. ingénieurs, managers, responsables production…).! Pour les ac0vités de concep0on, le rôle des ou0ls est primordial : Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultats! Implications et perspectives! >Les outils numériques sont nécessaires pour concevoir les produits manufacturés.! ! >Les designers industriels intégrés ne se satisfont pas des outils actuels! (Tovey, 97 et 02; Bae et Al., 08).!
- 9. 9! >Construction d’un corpus théorique et empirique à propos des outils de conception numériques.! >Intégration au sein des équipes de conception et participation aux projets.! ! >Expérimentations, études de cas et interviews.! ! >Prototypage et développement d’outils aux capacités avancées.! Un environnement favorable pour traiter la question des outils des designers industriels : ! Cadres scientifiques rigoureux pour étudier les modèles d’action! Terrain d’étude, d’observation et d’expérimentation! Le Centre de Gestion Scientifique! Dassault Systèmes! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultats! Implications et perspectives! Méthodologie de recherche 2/2 :! Une approche en recherche intervention basée sur l’étude des outils numériques!
- 10. Analyse qualitative :! Modélisation des raisonnements de conception de 3 grandes catégories d’outils numériques.! Méthodologies! 10! L’étude des modèles d’action des designers industriels intégrés se décline selon 3 questions de recherche :! Comparaison expérimentale :! Mesure de la performance de 2 ateliers numériques lors du Design gap.! (2) Performance de l’ac0vité ou0llée Quelle est la performance des ateliers de conception numérique pour designers ?! Etude de cas :! Ordonnancement des ateliers dans des processus innovants et outillés de conception .! (3) L’organisa0on des différents ateliers Comment organiser les ateliers successifs de conception ?! (1) Les raisonnements de concep0on Quels sont les modèles de raisonnement des designers ?! Questions de recherche! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultats! Implications et perspectives! Cela nous conduira à proposer un nouveau modèle d’intégration.!
- 11. 11! >Les designers industriels sont parfois considérés comme des concepteurs aux capacités hybrides, entre ingénieurs et artistes (Tovey, 97).! ! >Ils ne se satisfont pas des outils numériques existants, issus de ceux des ingénieurs et artistes! (Tovey, 97 et 02).! La littérature constate l’inadéquation entre ateliers existants et designers industriels! ! Question de recherche 1 :! Quels sont les modèles de raisonnement des designers industriels intégrés ? ! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultat 1! Implications et perspectives! >La littérature se focalise sur les aspects techniques des outils : modeleurs géométriques, fonctions et interfaces (Arrighi et Al., 13). ! Design gap!
- 12. 12! Etude des modèles de raisonnement dans des outils numériques de référence! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultat 1! Implications et perspectives! Nous modélisons les raisonnements des concepteurs en situation! 2/ Perspective historique des évolutions des outils numériques (Arrighi et Al., 13).! 1/ Application d’un brief générique à 3 catégories d’ateliers numériques : ! >Atelier pour ingénieurs! >Atelier pour artistes 3D! >Atelier pour designers industriels! Cadre analytique des théories de la conception! ! >Cahier des charges : Functionnal Requirements (FR)! >Moyens d’action : Design Parameters (DP)! ! Les outils fabriquent des Relations (R) entre FR et DP.! Conception d’un réservoir « musculeux » de moto!
- 13. 13! Principales caractéristiques par type d’atelier numérique! Etapes principales :! >Primitives! >Déformations! >Sculpting! Pour artistes 3D :! ZBrush! Réservoir musculeux :! FR = Artwork! DP = Formes, Matériaux, Textures! Etapes principales :! >Primitives! >Déformations! >Dimensionnement! Pour designers industriels :! CATIA Imagine & Shape! Réservoir musculeux :! FR = Artwork, Dimensions! DP = Formes, Styles! Réservoir musculeux :! FR = Contenance, Masse! DP = Formes, Epaisseurs! Pour ingénieurs :! SolidWorks! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultat 1! Implications et perspectives! Etapes principales :! >Esquisses en 2D! >Fonctions! >Paramétrisation!
- 14. 14! Raisonnements de conception par type d’atelier numérique! Constance des FR et DP! Fabrication des R! Pour ingénieurs :! SolidWorks! Résultat de conception : ! Un Domaine de validité! Raisonnement : ! Massification! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultat 1! Implications et perspectives! Résultat de conception : ! Une Liste conforme! Raisonnement :! Singularité! Pour artistes 3D :! ZBrush! Extension des FR et DP! Résultat de conception : ! Un Modèle de style! Raisonnement: ! Singularité de Masse! Pour designers industriels :! CATIA Imagine & Shape! Extension des FR et DP! Projection des FR et DP! Fabrication d’une R!
- 15. 15! Résultat 1 :! Les designers industriels conçoivent des Modèles de style (Arrighi et Al., 14)! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultat 1! Implications et perspectives! >Les designers industriels doivent être capables de réaliser des extensions et des projections.! >Travail sur le Modèle de style qui permettra de générer le « musculeux ».! ! >Le « musculeux » doit pouvoir s’exprimer dans le langage des ateliers de l’ingénieur.! >Les designers industriels conçoivent des Modèles de style.! ! >Leur conception propose de la Singularité de Masse (Arrighi et Al., 14).! ! >Leurs modèles de raisonnement sont plus qu’une hybridation.!
- 16. 16! (2) Performance de l’ac0vité ou0llée Comparaison expérimentale :! Mesure de la performance de 2 ateliers numériques lors du Design gap.! Quelle est la performance des ateliers de conception numérique pour designers?! Etude de cas :! Ordonnancement des ateliers dans des processus innovants et outillés de conception.! (3) L’organisa0on des différents ateliers Comment organiser les ateliers successifs de conception?! Analyse qualitative :! Modélisation des raisonnements de conception de 3 grandes catégories d’outils numériques.! (1) Les raisonnements de concep0on Quels sont les modèles de raisonnement des designers industriels ?! Questions de recherche! Méthodologies! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultats! Implications et perspectives! L’étude des modèles d’action des designers industriels intégrés se décline selon 3 questions de recherche :!
- 17. 17! >Ils diminuent habituellement son potentiel créatif pour gagner en faisabilité ! (Henderson, 99; Thomke, 02; Wendrich et Al., 09).! ! ! >Les ateliers plus artistiques (numériques et traditionnels) proposent créativité sans intégration et subissent le Design gap (Barone, 04; Wendrich et Al., 09).! La littérature critique l’impact des outils numériques industriels pour la créativité! Question de recherche 2 :! Quelle est la performance des ateliers de conception pour designers ? ! ! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultat 2! Implications et perspectives! Design gap!
- 18. Evolution de la connaissance du produit et des degrés de liberté durant la conception! (Mahmoud-Jouini et Al., 04; Karniel et Al., 11).! 18! Conséquence sur un atelier numérique . ! ! Cet effet est renforcé lors du Design gap.! >Les contraintes facilitent l’identification des propositions évidentes et proposent au designer industriel de poursuivre l’exploration. Rôle positif de l’exemple (Agogué et Al., 12).! Les dimensions de la performance identifiées dans la littérature :! Robustesse et Générativité (Hatchuel et Al., 11).! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultat 2! Implications et perspectives! >Les contraintes réduisent les degrés de liberté et l’originalité.! 2 mécanismes sont en fait concurrents :!
- 19. 19! Comparaison de l’impact de 2 ateliers numériques différents sur les propriétés du concept.! !! !>Evaluation des évolutions des propriétés du concept par des experts (Amabile et Al., 96).! Processus expérimental lors du Design gap! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultat 2! Implications et perspectives! Atelier numérique archétype! 1er modèle 3D du concept! Atelier pour designers industriels! 2ème modèle 3D du concept!
- 20. 20! Résultat 2 :! L’atelier pour designers offre un gain simultané en Robustesse et Générativité! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultat 2! Implications et perspectives! >L’atelier numérique pour designers permet un gain simultané en Robustesse et Générativité! >L’atelier numérique archétype conduit bien à un Trade-Off!
- 21. 21! >Cet atelier fait partie d’une suite de conception industrielle complète.! !Les fichiers générés sont compatibles sans perte avec les autres ateliers.! Résultat 2i :! Cette double performance s’explique par trois caractéristiques de l’atelier! >Cet atelier possède un modeleur qui garantit la qualité de surface du produit.! Surface de bonne qualité! Surface de mauvaise qualité! Patch de surface! >Cet atelier possède une interface spécifique.! !Elle permet d’interagir de façon continue avec l’objet.! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultat 2! Implications et perspectives!
- 22. 22! Contexte et enjeux! Questions de recherche!Problématique générale! Résultats R1! Conclusions et perspectives! >Le designer industriel peut se concentrer sur l’exploration de l’espace de formes et trouver les plus originales. ! ! >L’originalité est dite acquise car elle en sera pas ultérieurement dégradée par la contrainte de qualité.! Le jeu entre degrés de liberté et contrainte! >2ème mécanisme prépondérant : identification plus efficace des propositions évidentes liées à la contrainte. Phénomène de défixation (Ward, 94).! Résultat 2ii :! Un concept nouveau, l’Originalité acquise (Arrighi et Al., 12).! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultat 2! Implications et perspectives!
- 23. 23! (2) Performance de l’ac0vité ou0llée Comparaison expérimentale :! Mesure de la performance de 2 ateliers numériques lors du Design gap.! Quelle est la performance des ateliers de conception numérique pour designers?! Etude de cas :! Ordonnancement des ateliers dans des processus innovants et outillés de conception .! (3) L’organisa0on des différents ateliers Comment organiser les ateliers successifs de conception?! Analyse qualitative :! Modélisation des raisonnements de conception de 3 grandes catégories d’outils numériques.! (1) Les raisonnements de concep0on Quels sont les modèles de raisonnement des designers ?! Questions de recherche! Méthodologies! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultats! Implications et perspectives! L’étude des modèles d’action des designers industriels intégrés se décline selon 3 questions de recherche :!
- 24. 24! >Processus contrôlés type Stage-Gate ou NPD (Clark et Al., 91; Harmancioglu et Al., 07).! !Organisés, planifiés mais peu innovants! ! ! >Processus exploratoires type innovation-journey (Van de Ven et Al., 99).! !Innovants, dotés d’ateliers ad hoc mais difficiles à piloter! La littérature oppose habituellement contrôle et créativité dans les processus! Question de recherche 3 :! Comment organiser les ateliers successifs de conception?! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultat 3! Implications et perspectives! Design gap!
- 25. 25! Etude de 2 cas de conception innovants! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultat 3! Implications et perspectives! 1/ Un processus de conception très contraint qui débouche sur une innovation :! Réalisation d’un scanner 3D! ! ! 2/ Un processus très libre qui échoue, avant d’être relancé pour obtenir 2 innovations :! Conception d’une cabine de beauté! ! >Les interviews des principaux participants aux projets! >Les résultats des conceptions! >Les données produites par les logiciels! >Les ateliers de conception numérique mobilisés! Données collectées et analysées pour chaque cas :!
- 26. 26! Règles et configurations visibles sous la forme d’un arbre de conception dans les ateliers.! Résultat 3i :! Ce qui est conçu à l’intérieur de la suite logicielle est une base de règles configurables! Il s’agit de la conception d’une base de règles (Arrighi et Al. 2013) :! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultat 3! Implications et perspectives! Le processus de conception n’est pas le simple raffinement progressif d’une solution unique! La maquette numérique est une des représentations d’une configuration d’une base de règles.! >En modifiant certains paramètres il est possible d’obtenir plusieurs produits, organisés par familles.! >Cette base est constituée des fonctions et des paramètres stockés par la suite logicielle.!
- 27. 27! Résultat 3ii :! L’ordonnancement des contraintes structure la base de règles et conditionne l’innovation! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultat 3! Implications et perspectives! Le rôle des contraintes est crucial dans les 2 cas étudiés :! >La convergence a lieu au niveau de la base de règles.! >Ces règles répondent à des contraintes spécifiques.! >La base de règles se structure afin d’assurer compatibilité entre contraintes et intégrité du concept.! >Les ateliers devraient être séquencés en fonction de la résolution des contraintes :! ! !Les contraintes permettent de piloter l’innovation et son amplitude.! !! !Le processus gagnerait à être organisé par contraintes et non par degré de !raffinement du concept ou périmètres métier.!
- 28. 28! Résultat 3iii :! Conséquences sur l’organisation du processus de conception! Processus stratifié de conception (Arrighi et Al. 14).! Progression du processus au niveau de la suite logicielle! Progression du processus au niveau du concept! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultat 3! Implications et perspectives! 2 axes : ! !>Capitalisation et identification des contraintes! ! !>Résolution des contraintes dans les ateliers!
- 29. 28! Capitalisation dans la suite logicielle! >Identification et séquencement des contraintes génératives! Atelier ad hoc! >Fournit aux concepteurs les outils spécifiques pour traiter la contrainte ! Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Résultat 3! Implications et perspectives! Résultat 3iii :! Conséquences sur l’organisation du processus de conception! Processus stratifié de conception (Arrighi et Al. 14).!
- 30. Résultat 3 : L’enchaînement des ateliers est piloté par les contraintes génératives capitalisées dans une base de règles! (3) L’organisa0on des différents ateliers 29! Synthèse des résultats :! Une modélisation affinée du processus de conception numérique! Résultat 1 : Ils conçoivent des Modèles de style selon une logique de Singularité de masse! (1) Les raisonnements de concep0on Résultat 2 : Les ateliers offrent un gain simultané en Robustesse et Générativité, grâce à l’Originalité acquise! (2) Performance de l’ac0vité ou0llée Contexte et problématique! Méthodologie et Questions de recherche! Synthèse des Résultats! Implications et perspectives!
- 31. Implications et perspectives industrielles! 30! Contexte et enjeux! Questions de recherche!Problématique générale! Résultats! Implications et perspectives! R1 >Stratégies de production de modèles de style! ! Du domaine à la singularité > Originalité acquise (Arrighi et Al., 12)! ! De la singularité au domaine > Conformation et génération de variantes (Arrighi et Al., 14)! R2 >Modification d’ateliers existants pour obtenir des styles spécifiques! ! Un atelier basé sur des contraintes de qualité de surface : Style origami! R3 >Organisation des contraintes et collaboration accrue entre concepteurs! >2 prototypes immersifs :! 3 brevets, concepts et interfaces! Plateforme unifiée de conception!
- 32. Implications et perspectives académiques! 30! Contexte et enjeux! Questions de recherche!Problématique générale! Résultats! Implications et perspectives! R1 >Les Modèles de style! ! Les Modèles de style sont-ils transposables à des dimensions autres que géométriques ? ! R3 >Organisation des contraintes et de la base de règle! Travailler sur l’organisation du processus :! Critères d’identification des contraintes et les outils de prescription croisées.! R2 >Des ateliers pour les concepteurs créatifs! ! Application de nos résultats à d’autres concepteurs créatifs devant être intégrés, comme les architectes.!
- 33. Merci !! 31!
- 34. 31! MODELES D'INTEGRATION DES DESIGNERS CREATIFS DANS LES PROCESSUS DE CONCEPTION INDUSTRIELS Pierre-Antoine Arrighi Soutenance thèse CIFRE du 26 Mars 2014 Présentée devant le Jury:! ! M. Ameziane AOUSSAT, Professeur, CPI, École Nationale des Arts et Métiers ! ! !Rapporteur! Mme Anne ASENSIO, Vice-Présidente Design Experience, Design Studio, Dassault Sytèmes ! !Examinatrice! M. Roland DE GUIO, Professeur, LGECO, INSA Strasbourg ! ! ! !Rapporteur! M. Tomás DORTA, Professeur, Hybridlab, Université de Montréal ! ! ! !Examinateur! M. Alain FINDELI, Professeur, Département Sciences & Arts, Université de Nîmes ! !Examinateur! M. Pascal LE MASSON, Professeur, CGS, Mines ParisTech ! ! ! !Directeur de thèse! Mme Frédérique PAIN, Directrice de Recherche, Strate Collège designers ! ! !Examinatrice! M. Benoit WEIL, Professeur, CGS, Mines ParisTech ! ! ! ! !Directeur de thèse!