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Copyright 2009 Pearson Education Canada 15 - 1

18 mars, 2010Notions fondamentales de la conception

Fundamentals of Engineering Design


Introduction• Design is fundamental

activity that distinguishes engineering from disciplines based on pure science and mathematics.

• Engineers must have solid, basic knowledge of science and mathematics, – Must be able to apply

knowledge to improve/create new products, processes, devices, and systems.

• all engineering students should have a significant design experience as part of undergraduate studies.

• La conception est l’activité principale qui distingue l’ingénierie des autre domaines basés sur les sciences pures et les mathématiques.

• Les ingénieurs doivent bien comprendre les sciences et le mathématiques. – On doit être capable d’appliquer

ses connaissances afin de concevoir de nouveaux produits, processus, systèmes etc.

• Travaux en conception requis dans toutes programmes d’ingénierie au Canada.


Introduction (continued)

• Students should learn– definition of engineering

design;– basic design process that

can be applied in all engineering disciplines;

– techniques for generating and evaluating alternative design solutions;

– characteristics of an effective design team.

• À apprendre – La définition de la

conception;– Le processus

fondamental de la conception;

– Les méthodes pour générer et évaluer les solutions alternatives;

– Caractéristiques d’un équipe concepteur effectif.


Définition de la conception Definition of Engineering Design

• Bureau canadien de l’agrément des programmes de génie (BCAPG):– Trouver des solutions à des

problèmes d’ingénierie complexes et de concevoir des systèmes, des composants ou des processus qui répondent aux besoins spécifiés, tout en tenant compte des risques pour la santé et la sécurité publiques, des aspects législatifs et réglementaires, des normes, ainsi que des incidences économiques, environnementales, culturelles et sociales.

• Canadian Engineering Accreditation Board (CEAB) definition:– “Engineering design integrates

mathematics, basic sciences, engineering sciences and complementary studies in developing elements, systems and processes to meet specific needs. It is a creative, iterative, and often open-ended process subject to constraints which may be governed by standards or legislation to varying degrees depending upon the discipline. These constraints may relate to economic, health, safety, environmental, social, or other pertinent factors.”


Types of Engineering Design Types de Conception

• Evolutionary Design– Improvements to existing

solutions.• E.g. Today’s automobiles have

evolved from Ford’s Model T.– Same basic functions,

propulsion, braking, steering etc.

– Competitive Analysis• Process of comparing a design to

a similar design or product.

– Benchmarking• Determination of how well a

function is performed, for later comparison.

• La conception évolutionnaire– Améliorations aux solutions

existantes.• Exemples: Automobiles

– Mêmes notions fondamentales que le modèle T de Ford: propulsion, freinage, pilotage etc..

• Analyse compétitive– La comparaison d’une nouvelle

conception a un produit similaire.

• Étalonnage– Conduite de tests de performance

pour comparaison future.


Types of Engineering Design Types de Conception

• Reverse Engineering– Decomposing an existing

solution to understand

• How it has been constructed;

• Its design limitations.

• Innovative Design– New or original idea;

– Novel way of solving a problem.

• Invention? Patentable?

• Ingénierie inverse– L’acte de décomposer une

solution existante afin de comprendre

• Comment elle est construite;

• Ses limitations.

• Conception innovatrice– Idée originale;

– Nouvelle manière de résoudre un problème.

• Invention? Brevetable?


Caractéristiques de la bonne pratique de conception

• Faire une liste des critères, des exigences et des contraintes

• Identifier les utilisateurs et leurs tâches.

• Identifier les effets sur l’environnement

• Générer plusieurs solutions


Characteristics of Good Design Practice

• List criteria, requirements and constraints

• Identify users and their tasks.

• Identify effects on environment

• Generate multiple solutions

(continued)


Characteristics of Good Design Practice (continued)

• Select optimal solutions• Defensible decisions• Best practice

• Choisir la/les solution(s) optimale(s)

• Prendre des décisions défendable

• Utiliser les pratiques d’excellences.


Processus de la conception

• Le processus fondamental de la conception est basé sur six activités:

1. Évaluation des besoins

2. Synthèse

3. Analyse de conception

4. Implémentation

5. Mise à l’essai et validation

6. Recommandations


Engineering Design Process

• Systematic approach to design.• Basic engineering design process is based

on six activities:1. Needs assessment2. Synthesis3. Design Analysis4. Implementation5. Testing and Validation6. Recommendations


Spiral Method Méthode spirale


Waterfall Approach


Compétences en conception: Définir le problème clairement

• Au début du projet, il y a deux questions à se demander:– Y a-t-il vraiment un problème?– Si oui, c’est a qui ce problème?– Afin d’être capable de répondre il faut.

• Identifier et avoir un entretien avec les utilisateurs de la solution existante.

• Distinguer entre les symptômes et les facteur contribuant au problème.

– Énoncer le problème.


Design Skills: Clearly Defining the Problem

• The start of each design project starts with two questions:– Is there really a problem?– If so, whose problem is it?– To answer these questions, must understand

context.• Identify and interview users of existing solutions.• Distinguish between symptoms and contributing

factors to problems.

– State problem in sentence format.


Compétences en conception: Générer les solutions

• Expliquer le problème a quelqu’un– Ceci exige qu’on y pense et simplifie pour que

l’autre le comprenne;• Simplification du problème peut mener aux solutions.

• Remue-méninges (Brainstorming)– La génération de plusieurs solutions sans les

évaluer.

• Contestation des suppositions– Contester la supposition que certain solutions ont

des caractéristiques particulières.


Design Skills: Generating Solutions

• Explain the Problem– Explaining problem to someone requires that it

be explained simply and clearly;• Simplification of problem may lead to solutions.

• Brainstorming– Generating as many solutions as possible

without evaluating them

• Assumption Smashing– Challenging of assumptions that solution has

particular characteristics.


Compétences en conception: Construction des modèles, simulations et prototypes

• Types de modèles– Concret– Abstrait– Symbolique– Analogique– Déterministe– Probabiliste

• Modèle doit être le plus simple possible


Design Skills: Building Models, Simulations and Prototypes

• Types of Models– Concrete– Abstract– Symbolic– Analog– Deterministic– Probabilistic

• Ockham’s Razor– Keep the model simple.

(continued)


Compétences en conception: Construction des modèles, simulations et prototypes

• Prototypes– Maquette physique de la solution proposée de

fonctionnalité suffisante de permettre la mise en essai.• Fidélité: Comment le prototype est représentatif de la

conception finale..

• Fonctionnalité: La capacité du prototype d’exécuter les fonctions de la conception finale.

– Tôt dans le cycle, on utilise des prototypes de faible fidélité

• On utilise des matières à faible qualité qui peuvent être facilement changées ou laissée de coté.


Design Skills: Building Models, Simulations and Prototypes (continued)

• Prototypes– Physical mockup of intended solution of

sufficient functionality to allow testing.• Fidelity: How well prototype represents final

design.• Functionality: Extent to which prototype can

perform basic functions intended in final design.

– Low fidelity prototypes are used in early design phases

• Made of cheap material that can be easily changed or discarded.


Systematic Decision-Making Prise de décision systématique

• Basic Decision-Making– List all possible choices or

courses of action.

– List factors or criteria that could affect decision.

– Compare both lists. • Many choices can be removed

from list for practicality reasons.

– List advantages and disadvantages for each remaining choice.

• Best decision is choice with most advantages and fewest disadvantages.

• Notions fondamentales de la prise de décision – Faire une liste de tous les

choix possibles.– Faire une liste des critères qui

peuvent affecter la décision.– Comparer les deux listes.

• On peut éliminer plusieurs choix (praticabilité).

– Faire une liste des avantages et désavantages des choix qui restent.

• Meilleur choix est celui avec le plus des avantages et le moins de désavantages.


Systematic Decision-Making Prise de décision systématique

• Computational Decision-Making– Tabular decision-making

method finds best choice by maximizing or minimizing a quantitative function.

• E.g. Engineers are often asked to develop solutions that maximize net profit.

• Prise de décision algorithmique– Meilleur solution est celle qui

maximise ou minimise une fonction

• E.g. On demande aux ingénieurs de trouver des solutions qui maximise les profits ou qui minimise les coûts.


Product Life CycleCycle de vie du produit


Organizing Effective Design Teams

• Design is creative as well as social process.– Requires interaction with clients, employers,

design team members and product users.– Teamwork required:

• Much of current technology too complex to be designed by one person.

• Engineer needs strong skills in– Engineering design, communication, ethics and

professionalism, project management, team building, and teamwork.


Concurrent Engineering

• Separate design-cycle activities performed simultaneously by groups under direction of a lead group.– Lead group is responsible for conceptual

design, marketing, manufacturing and assembly, packaging, and customer or technical support.

– Efficient communication between groups increases likelihood of producing a high-quality product on time and at affordable cost.


Effective Teamwork

• Good teamwork requires:– Clearly defining the team’s project goals,– Establishing and performing allocated tasks,– Creating and maintaining a supportive team

culture,– Effective planning and time management,– Implementing operating procedures to ensure

effective team interactions,– Establishing incentives and rewards for team

and individual achievement.


Devoirs environmentauxEnvironmental duties

• Détermination de la trace de carbone du produit

• Comprendre l'impact de l’utilisation d’énergie provenant de différentes sources.

• Savoir quels produits chimiques et matériaux sont désirables et quels devrait être évité

• Maximiser le potentiel de recyclage et minimiser le gaspillage

• Détermination de la trace d'eau fraîche du produit.

• Determination of carbon footprint of product

• Understand the impact of different sources of energy

• Know which chemicals and materials are desirable and which should be avoided

• Maximize recyclability and minimize waste

• Determination of fresh water footprint of product.

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