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Que votre entreprise cherche à proposer un nouveau produit ou à en améliorer un à partir d'une gamme existante, le succès repose sur le respect des exigences du marché lors du développement de produits. Il s’agit d’un fait universellement connu et accepté. Ce qui a changé, cependant, c’est que le cycle de vie du développement de produits a été considérablement réduit, alors même que la complexité du produit a considérablement augmenté. Les voitures utilisant des technologies avancées en matière d’électrique hybride, de sécurité et de divertissement sont désormais conçues en quelques mois seulement au lieu de plusieurs années. Ce cycle de vie du développement réduit implique de travailler rapidement, de maintenir les coûts et, finalement, de concevoir des produits qui répondent aux attentes des consommateurs dans un premier temps, puis les dépassent.Tout au long de la planification itérative, c’est-à-dire des phases d’étude et de conception du cycle de vie des produits, les exigences doivent être complètes, claires et bien structurées, traçables et vérifiables. La hiérarchie des exigences est une bonne pratique permettant aux ingénieurs de maintenir clarté et structure lors de la décomposition des exigences système générales en exigences de conception spécifiques, à savoir les exigences fonctionnelles et physiques, et celles portant sur les composants. La hiérarchie des exigences établit également une traçabilité entre les niveaux de décomposition, permettant de contrôler l’ambiguïté ou les erreurs pouvant provoquer une baisse d’efficacité des processus de conception. Une décomposition fonctionnelle et physique bien gérée des exigences permet aux équipes d’ingénierie d’identifier les meilleurs composants et d’optimiser la conception et la fabrication du produit.
Mathcad de PTC®, The Product Development Company, fournit un environnement idéal pour construire des modèles mathématiques, effectuer des calculs critiques permettant une décomposition physique précise, et garantir une traçabilité en dépit des modifications apportées à la conception. Les fonctions uniques de ce logiciel de référence pour les calculs
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techniques, telles que la notation mathématique standard, la gestion des unités et les documents de type tableau blanc, ont considérablement réduit les informations ou données non essentielles au sein de la hiérarchie des exigences. PTC Mathcad permet en particulier :• de clarifier la façon dont les exigences sont
satisfaites en fournissant une base fiable aux conceptions de produits, et en permettant également de savoir quelles exigences pilotent telle ou telle conception de système, de produit ou de pièce ;
• de comprendre quel est l’impact des modifications apportées à la conception sur les exigences et, inversement, quel est l’impact des modifications apportées aux exigences sur la conception du produit ;
• d’avoir une bonne visibilité de toutes les disciplines techniques d’un bout à l’autre du développement de produits.
Avec ce logiciel, les équipes d’ingénierie sont assurées que les solutions qu’elles conçoivent répondront de manière optimale aux exigences du marché et qu’elles rempliront les objectifs stratégiques de l’entreprise, à savoir part de marché plus importante, délai de commercialisation plus rapide et rentabilité.
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Enjeux techniques concernant la gestion des exigences au cours de la décomposition physique
Que l’équipe d’ingénierie soit chargée de développer un nouveau produit ou d’améliorer des produits existants, le processus démarre avec l’analyse et la documentation des besoins généraux, et se poursuit avec la définition des exigences applicables aux solutions.
Il existe différents facteurs qui introduisent des informations ou données non essentielles dans ce processus et le rendent de ce fait problématique. Voici quelques-uns de ces facteurs :
• l’erreur humaine et l’incohérence de l’analyse et de la documentation mathématique ;
• des ruptures de la traçabilité entre les exigences physiques lors de leur mappage de retour aux exigences fonctionnelles, ou de leur transfert vers la phase de conception des composants ;
• une mauvaise communication entre les équipes des différentes zones fonctionnelles, entre l’équipe de génie électrique et celle de génie mécanique par exemple ;
• l’impossibilité de disposer d’exigences et de résultats des tests à jour suite à l’introduction de modifications.
La hiérarchie des exigences constitue une bonne pratique permettant aux ingénieurs de définir ou de décomposer les exigences fonctionnelles et physiques à partir des exigences au niveau du système ou du marché (Figure 1).
Hiérarchie des exigences
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Guide la séquence de
décomposition et de
définition
Processus itératif
Production et support produit
Améliorations des processus du développement de produits
Planification
Analyse des besoins du client
Développement des exigences système
Décomposition fonctionnelle
Décomposition physique
Conception/fabricationdes composants
Conceptualisation Élaboration Validation
Figure 1 : Hiérarchie des exigences depuis les exigences initiales jusqu’à la conception détaillée.
Concentrons-nous sur les demandes de décomposition physique, impliquant la conversion d’exigences qualitatives définies au cours des phases précédentes, en exigences quantitatives vérifiables.
Afin de gérer correctement les exigences au cours de la décomposition physique, les équipes d’ingénierie doivent être en mesure de :
• garantir que les exigences répondent complètement aux exigences fonctionnelles et qu’elles sont correctement structurées, articulées et documentées ;
• structurer la décomposition de sorte que la traçabilité des exigences physiques s’opère facilement à travers les différents niveaux des exigences ;
• garantir que les modifications effectuées sur les exigences de niveau supérieur sont répercutées avec précision sur les exigences physiques de niveau inférieur et restent à jour (tous les niveaux doivent être synchronisés) ;
• définir et exécuter les tests appropriés des exigences physiques en temps voulu et avec exactitude ;
• recevoir les résultats des tests et les comparer avec les différents niveaux des exigences pour vérifier qu’ils sont respectés ; il s’agit d’un processus itératif requérant la synchronisation de la gestion des modifications et de la gestion des exigences.
Mathcad de PTC®, The Product Development Company, joue un rôle complet concernant la décomposition physique :
• Il fournit un environnement idéal pour la décomposition, permettant aux ingénieurs de manipuler avec aisance et précision les calculs mathématiques utilisés pour la modélisation et l’analyse physiques.
• Il permet aux équipes travaillant sur des sites différents d’effectuer des évaluations en utilisant des notations mathématiques familières et des annotations textuelles.
• Il établit une traçabilité de la décomposition des exigences ; il s’intègre à la fois aux outils de gestion du cycle de vie des produits qui organisent les exigences à différents niveaux et aux systèmes de conception qui sont pilotés par les exigences.
Observons à présent comment ces fonctionnalités permettraient à une entreprise de haute technologie de gérer la décomposition physique au sein de la production de wafers semi-conducteurs.
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Exemple de hiérarchie des exigences
Confrontée à des objectifs de croissance grandissants ainsi qu’à une concurrence étrangère, une entreprise de manufacture souhaite construire un nouveau système de fabrication de semi-conducteurs capable de produire des wafers 20 % plus rapidement qu’avec les méthodes classiques. Si elle parvenait à remplir cet objectif conceptuel, cette entreprise serait en mesure de conserver sa part de marché et de différencier suffisamment son produit de ceux fabriqués à l’étranger à un prix inférieur. Jusque-là, l’approche de ce fabricant était la suivante : commencer par évaluer le flux de production des wafers. Cette évaluation consistait à enregistrer l’heure de début et de fin de chaque étape sur la chaîne de production. Ces temps de traitement empiriques étaient capturés sur une feuille de calcul, puis totalisés en fonction de l’agencement spécifique de la chaîne de production. Si, par exemple, un wafer devait être déplacé sur 5 stations différentes et que chacune d’elles nécessitait 10 minutes de traitement, le flux de production total était de 50 minutes par wafer. Une fois l’évaluation brute définie, l’équipe de conception se concentrait sur la fabrication et l’affinage de prototypes physiques jusqu’à ce que l’objectif de flux de production soit atteint.
Mais cette approche en force comporte plusieurs inconvénients. Tout d’abord, cette approche ne fournit qu’un modèle peu fidèle ne prenant pas en compte la dynamique des interdépendances au sein du processus de fabrication. Ensuite, cette approche repose énormément sur les prototypes physiques, ce qui augmente les coûts et la durée nécessaires pour développer le produit. Enfin, l’innovation est entravée, puisque l’on tendra à se contenter de développer une variante du produit plutôt qu’un produit réellement novateur. Le développement d’équipements de pointe et/ou l’implémentation de processus nouveaux et non testés sans recul analytique augmentent le risque d’échec coûteux. Compte tenu de ces inconvénients, l’équipe de recherche a décidé de développer un modèle mathématique hautement fidèle et de l’exploiter pour ensuite identifier, élaborer et hiérarchiser les exigences avant de dépenser des ressources limitées pour le développement de prototypes. Le département de recherche a organisé, ou décomposé, le modèle en trois éléments représentant les zones où la conception devait être considérablement revue pour le nouveau système de
fabrication de wafers. Ces éléments correspondaient à l’agencement de la chaîne de production, au système de manipulation des wafers et au procédé de déposition utilisé pour imprégner le wafer lui-même. Nous allons à présent les détailler un à un.
Figure 2 : Modèle d’agencement de la chaîne de production sous PTC Mathcad.
a. Agencementdelachaînedeproduction : pour répondre aux objectifs d’amélioration de la vitesse, il convenait d’analyser et de modéliser différentes options d’acheminement sur la chaîne de production. Chaque option d’acheminement impliquait différentes sous-exigences dont la distance parcourue, le temps d’acheminement, la fréquence des transferts et l’ordre des stations de préparation et de production. Ces options ont été modélisées sous forme d’équations élémentaires de calcul de distance et de vitesse. Des tolérances de déplacement ont également été spécifiées entre chaque station en fonction des composants. Une fois cette étape achevée, un modèle de temps brut a été établi, permettant aux ingénieurs d’identifier rapidement les goulots d’étranglement potentiels au sein de leur processus de conception de l’acheminement.
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b. Systèmedemanipulationdeswafers : une fois l’agencement de la chaîne de production des ébauches établi et les limitations étudiées, l’équipe a pu élaborer en toute confiance les exigences supplémentaires concernant le système de manipulation des wafers. Il existe plusieurs options d’acheminement des wafers sur la chaîne de production. Dans le cas présent, les ingénieurs ont examiné l’efficacité d’utilisation d’une chaîne d’assemblage classique où les wafers sont transférés de station en station grâce à une série de bras robotisés. Ils ont comparé ce procédé à une nouvelle technique d’exploitation utilisant un mécanisme par lévitation magnétique. Bien que plus coûteux, le système par lévitation magnétique réduit le frottement, et donc l’usure du composant, tout en limitant les risques potentiels de contamination par la poussière dus aux différents contacts. À ce stade, l’équipe de conception a fait appel aux ingénieurs automaticiens pour qu’ils étendent ces exigences aux techniques de manipulation en cours de révision. Ces ingénieurs ont commencé par analyser le budget horaire, ou le temps alloué par station, et par déterminer à quelle vitesse chaque composant pourrait répondre à ces exigences. L’équipe a alors défini les paramètres moteur critiques – dont le temps de réponse (Tr), le temps de stabilisation (Ts) et le pourcentage de dépassement – nécessaires pour chaque moteur à entraînement direct utilisé sur la chaîne d’assemblage, ainsi que le temps de réponse et la précision de la position requis par le système de lévitation magnétique. Dans la mesure où cette approche basée sur la lévitation magnétique utilisait un circuit de commutation haute vitesse pour transférer les wafers, un domaine de modélisation du transistor supplémentaire était nécessaire. Heureusement, ce modèle multidomaine a pu être facilement assemblé grâce à l’exploitation des équations électromagnétiques sous-jacentes. À la fin de cette étape, les ingénieurs disposaient d’un modèle détaillé d’acheminement sur la chaîne de production ainsi que d’exigences spécifiques pour chacun des deux systèmes de manipulation.
Figure 3 : Exigences en matière de commandes de manipulation des wafers.
Figure 4 : Modèle d’absorption Langmuir.
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c. Dépositionparvapeurchimique : un modèle détaillé ayant été développé pour l’acheminement sur la chaîne de production et la manipulation des wafers, l’étape suivante consistait à développer un modèle plus détaillé pour chacune des stations de la chaîne de production. La plus importante de ces stations était dédiée au procédé de déposition par vapeur chimique. Ce procédé était largement contrôlé par les principes physiques sous-jacents (voir le document PTC Mathcad présenté sur cette page). La croissance est largement déterminée aussi bien par la pression de la chambre PA que par la température T. Plus la température et la pression sont élevées, plus le procédé de déposition est rapide. Cependant, plus la température augmente et plus la pression exercée sur le wafer est importante. D’autres considérations doivent être prises en compte afin de garantir que la température et la pression requises puissent être atteintes grâce au four et au compresseur. Cette modélisation a été élaborée grâce au modèle d’absorption de Langmuir (avec dépendance à la pression partielle réactive). D’autres facteurs à considérer concernent les gaz ajoutés à la chambre, dans la mesure où ces ajouts peuvent augmenter ou réduire les taux de croissance.
Finalement, l’équipe de conception disposait d’un modèle mathématique détaillé, lequel décrivait tous les aspects majeurs de l’acheminement sur la chaîne de production, de la manipulation des wafers et des procédés de déposition. Il était alors possible de modifier l’agencement de la chaîne de production, de changer le mécanisme de manipulation des wafers ou d’introduire d’autres dynamiques de chambre et de déterminer rapidement l’impact de ces modifications sur la conception. Ce modèle détaillé a fourni un ensemble d’exigences, depuis le flux de production de wafers de 20 % supérieur à la normale jusqu’aux exigences individuelles pour chaque actionneur, chambre ou capteur utilisé sur la chaîne de production. Cette hiérarchie des exigences et la traçabilité qui en découle ont permis à l’équipe de recherche d’explorer des conceptions nouvelles et innovantes sans avoir à développer de coûteux prototypes physiques. Au final, il a été possible de fournir les contextes de calcul sous-jacents aux décisions conceptuelles et d’ouvrir la voie à une future vérification des exigences ainsi qu’à une réutilisation intelligente des modèles. Ces bonnes pratiques techniques ont permis à ce fabricant de mettre en place un nouveau système de fabrication de wafers efficace, de protéger sa part de marché et de résister face à des concurrents meilleur marché.
Assurer la traçabilité de la décomposition des exigences
Tout au long de la planification itérative, des phases d’étude et de conception décrites dans l’exemple de fabrication précédent, les exigences doivent demeurer claires et bien structurées, et prendre en compte tous les aspects du problème ; elles doivent en outre comporter une traçabilité et faire l’objet de test.1 Les systèmes de gestion du cycle de vie des produits (PLM), tels que PTC Windchill, organisent les exigences à différents niveaux et divisent les tâches en différentes disciplines appropriées (par exemple, l’ingénierie mécanique et l’ingénierie électrique).
Les exigences peuvent être révisées à travers les étapes de planification et d’étude, pour permettre de gérer les exigences définies à mesure qu’elles se présentent et de suivre les données associées aux composants appropriés du projet, afin d’assurer une traçabilité (Figure 5).
SPÉC002 Besoins marketing
PIÈCE01 VTT
PIÈCE01 VTT
PIÈCE02 Transmission
PIÈCE09 Dérailleur avant
PIÈCE010 Dérailleur arrière
PIÈCE03 Suspension avant
PIÈCE04 Amortisseur arrière
PIÈCE05 Essieu
EXIG013 Exigence de la conception détaillée
« Détermination »« Dérivation »
Spécification système
Architecture
Spécification client
Objet d'« Exigence » Windchill
Objet de « Spécification » Windchill
Lien « Trace »(Dérivations de type paramétré)
Lien « Allocation »
Document PTC Mathcad
« Dérivation »
« Allocation »
SPÉC003 Options
SPÉC001 Improve mud & water performance
SPÉC002 Improve downhill control
SPÉC003 Improve ride experience
EXIG015 Sys005
EXIG011 Sys001
EXIG012 Sys002
EXIG013 Sys003
EXIG014 Sys004
SPÉC001 Spécifications client
SPÉC004 Amortisseur arrière
SPÉC004 Suspensions avant
SPÉC004 Finition cadre
Figure 5 : Hiérarchie des exigences pour la fabrication de wafers.
L’architecture ouverte du logiciel permet de l’intégrer aisément dans des systèmes PLM pour garantir une traçabilité optimale. Ainsi associé à un système PLM, PTC Mathcad est le moteur qui génère les formules et les calculs, lesquels « justifient » les exigences et permettent d’expliquer la logique inhérente à la décomposition physique. Parce qu’il sert de fondement aux conceptions de produits, il clarifie la manière dont les exigences sont satisfaites. Mais il sert aussi à mieux comprendre quelles sont les exigences qui pilotent les conceptions de système, 1 Consultez PTC – Mathcad – Ingénierie des systèmes – Logiciel de calcul d’ingénierie pour télécharger notre livre blanc, Bonne pratique : études de conception et analyses de compromis
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de produit ou de pièce. Les ingénieurs peuvent intégrer et récupérer des feuilles de calcul aussi bien à partir de PTC Mathcad que de l’interface utilisateur PLM, et rechercher rapidement des étiquettes d’attribution et des contenus stockés dans les feuilles de calcul. Les systèmes PLM peuvent conserver toutes les versions des feuilles de calcul et y accéder. Si les exigences changent, le logiciel effectue les modifications nécessaires au niveau des formules et des calculs, et les reproduit le cas échéant, permettant ainsi de disposer de plans/matrices de traçabilité visuels à jour et synchronisés. PTC Mathcad s’intègre également aux systèmes de CAO tels que Creo Parametric de PTC, de sorte que l’impact des modifications effectuées sur la hiérarchie des exigences puisse être répercuté sur les dessins de conception révisés. L’architecture ouverte est une garantie de traçabilité également pour des équipes d’ingénierie n’utilisant pas un système PLM. Au sein de nombreuses entreprises, les exigences générales sont transcrites dans des documents issus de Microsoft Office et gérés par SharePoint. Grâce à l’architecture du logiciel, l’intégration avec ces applications ne pose aucun problème. Le logiciel s’intègre d’ailleurs directement avec Microsoft Excel. Les feuilles de calcul peuvent être stockées et mises à jour de manière dynamique via Live Math pour une utilisation ad hoc. Il est également possible de les exporter en tant que documents PDF pour les gérer dans des systèmes de gestion de contenu d’entreprise (ECM) ou de gestion des données (DMS).
Alignement des processus de développement de produits avec les objectifs de l’entreprise
Pour s’octroyer une part de marché plus importante, votre entreprise doit définir des initiatives visant à améliorer un processus métier en particulier, par exemple rendre plus efficace et plus souple la fabrication des composants clés du produit. PTC Mathcad aide les équipes d’ingénierie à effectuer la décomposition physique plus efficacement, à mieux
structurer et partager leur travail, et à établir une traçabilité de la hiérarchie des exigences. Pour les solutions conçues, la gestion dynamique des unités et des feuilles de calcul est une garantie supplémentaire : celle de répondre aux exigences du marché de manière optimale et de satisfaire plus largement aux objectifs stratégiques de l’entreprise.
Stratégies de l'entreprise
Initiatives métier
Améliorations des processus Fonctionnalités
Le moyen d'atteindre
les objectifs principaux
Bonnes pratiques
Stratégies de l'entreprise
Initiatives métier
Améliorations des processus Fonctionnalités
Figure 6 : Les améliorations apportées aux processus d’ingénierie servent les objectifs stratégiques de l’entreprise.
Les bonnes pratiques appliquées à l’ingénierie permettent de s’assurer que la solution répond effectivement aux exigences d’efficacité, aidant ainsi l’entreprise à accroître sa part de marché. Parmi ces bonnes pratiques, citons les études de conception et les analyses de compromis, la hiérarchie et la vérification des exigences, ainsi que la présimulation.
Consultez notre série de livres blancs consacrés aux bonnespratiquesdudéveloppementdeproduits :
• Livreblancsurlesétudesdeconceptionetlesanalysesdecompromis
• Analysedefaisabilitépourlesconceptionsd’ingénierie :prenez plus rapidement et en toute confiance de meilleures décisions sur la conception
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PTC Mathcad est le logiciel de référence pour le calcul technique.
Pour en savoir plus, consultez la page PTC.com/products/mathcad.
© 2013, PTC Inc. (PTC). Tous droits réservés. Les informations contenues dans le présent document sont fournies à titre d’information uniquement, sont susceptibles d’être modifiées sans préavis et ne sauraient en aucun cas tenir lieu de garantie, d’engagement, de condition ou d’offre de la part de PTC. PTC, le logo PTC, Windchill, ainsi que tous les logos et noms de produit PTC, sont des marques commerciales ou des marques déposées de PTC et/ou de ses filiales aux États-Unis d’Amérique et dans d’autres pays. Tous les autres noms de produit ou de société appartiennent à leurs propriétaires respectifs. PTC se réserve le droit de modifier à son gré la date de disponibilité de ses produits, de même que leurs fonctions ou fonctionnalités.
J01636-PTC Mathcad Requirements Flowdown-0213-fr
Résumé
Comptée parmi les bonnes pratiques et prise en compte dans certaines phases du développement de produits comme la conceptualisation et la conception, la hiérarchie des exigences permet aux ingénieurs d’aligner plus étroitement les décisions concernant le produit sur les exigences définies. La mise en œuvre de cette bonne pratique est rendue possible grâce au logiciel qui fournit l’environnement de décomposition idéal. Avec Mathcad, les ingénieurs peuvent capturer et afficher les calculs mathématiques utilisés lors de la modélisation et de l’analyse physiques. Grâce aux feuilles de calcul mises à jour de manière dynamique, le logiciel clarifie les exigences en montrant comment les conceptions de systèmes, de produits ou de composants proposées y répondent. Il assure également la visibilité de la décomposition physique à toutes les équipes d’ingénierie participant au processus de développement de produits. En permettant à tous ceux qui procèdent à cette décomposition de documenter et de communiquer leur logique dans une notation mathématique familière et naturelle, accompagnée au besoin d’annotations textuelles, le logiciel facilite le travail d’équipes souvent dispersées géographiquement et soumises à différents délais. Enfin, PTC Mathcad établit la traçabilité de la décomposition des exigences en s’intégrant aux outils de gestion du cycle de vie des produits (qui eux-mêmes organisent les exigences en différents niveaux) ainsi qu’aux systèmes de CAO, qui sont pilotés par ces exigences. Les plans/matrices de traçabilité visuelle mis à jour et synchronisés permettent de comprendre l’incidence des modifications de conception sur les exigences et, inversement, l’incidence des modifications apportées aux exigences sur les conceptions de produits.
Dirigez-vous une équipe d’ingénieurs ?
Nous fournissons des bonnes pratiques sur la conception et le développement de produits à des équipes d’ingénierie telles que la vôtre. Si vous souhaitez en apprendre davantage sur l’analyse de faisabilité, la vérification des exigences ou simplement savoir comment les équipes d’ingénierie améliorent leur productivité, un représentant peut vous renseigner.
Contactez-nous dès aujourd’hui et un représentant vous appellera pour organiser une démonstration personnalisée avec un expert du logiciel.
