Méthode de modélisation et optimisation numérique pour l’aide à la décision en conception architecturale robuste des produits et des procédés

Abstract

Afin de déterminer le plus tôt possible dans le processus de conception, les solutions les pluspertinentes, la prise de décisions robuste apparait comme fondamentale pour garantir lesmeilleurs choix. A partir de solutions conceptuelles, l’étape de conception architecturale, ditede pré-dimensionnement, vise à déterminer les principales grandeurs dimensionnantes etpilotantes du système à concevoir, tout en satisfaisant l’ensemble des exigences du cahier descharges. La continuité du processus de conception entre les phases préliminaires et détailléesdépend alors de l’efficacité de la phase de conception architecturale à fournir des solutionsavec un comportement physique validé et une architecture fonctionnelle optimisée. Lesactivités de pré-dimensionnement sont donc fortement tournées vers l’optimisationnumérique. L’utilisation de ces techniques requiert une modélisation précise du problème deconception architecturale. En particulier, l’exploration de vastes espaces de conception, lareprésentation et l’évaluation de solutions candidates, ainsi que la formulation a priori despréférences sont des enjeux majeurs.Les travaux de recherche présentés dans cette thèse concernent le développement deméthodologies et la proposition d’outils pour l’aide à la décision en conception architecturaledes produits et des machines. Plus précisément, l’ensemble de ces travaux vise à fournir auxconcepteurs une démarche adaptée pour structurer et formuler des fonctions objectifs lorsquel’activité de conception est abordée par l’optimisation. Notre approche consiste à relier par lamodélisation de préférences, le comportement physique du système à concevoir avec lescritères et les objectifs de conception, selon des étapes d’observation, d’interprétation etd’agrégation. A partir du concept de désirabilité, cette méthode de modélisation est utiliséepour formuler les objectifs de conceptions et pour quantifier le niveau de satisfaction globalatteint par les solutions candidates. Cette approche est utilisée pour aborder les problèmes deconception robuste où les objectifs de performance et de sensibilité sont mis en balance. Danscette perspective, des mesures de dispersion des performances, ainsi qu’une fonction decompromis spécifique au problème de conception robuste en ingénierie, sont proposés.Enfin, l’application de ces méthodes et outils est illustrée au travers du prédimensionnementd’un évaporateur flash bi-étagé, utilisé pour le traitement des moûts dansl’industrie viticole. L’objectif est alors de trouver des solutions de conception robustes, c'està-dire, des architectures présentant à la fois un niveau de performance globale satisfaisant,incluant la qualité du produit, la transportabilité de la machine ou les coûts, et une faiblesensibilités de la température de sortie du produit, ainsi que de son titre alcoolémique.