Methodological approach for the sustainable design of structured chemical products during early design stages

par Juliana Serna Rodas

Thèse de doctorat en Génie des systèmes industriels

  • Titre traduit

    Approche méthodologique pour la conception durable de produits chimiques structurés dans les premières phases de la conception


  • Résumé

    En raison de la compétitivité dans le marché des produits chimiques et la demande croissante pour les produits de qualité, l'industrie et l'académie sont à la recherche de nouvelles méthodes pour la conception des produits chimiques. Par conséquent, cette étude propose une approche méthodologique pour faciliter la prise de décisions dans la conception de produits de type émulsion. Les caractéristiques de la méthodologie proposée sont les suivantes: elle propose des méthodes pour l’analyse des besoins de consommateurs, la génération d'idées pour la conception du produit et la sélection du meilleur produit, en prenant en compte la nature multi-variée du problème de conception avec l'intégration de la notion de durabilité dans le processus de conception. La méthodologie comporte trois étapes de conception: Étape de besoins, étape de génération d'idées et étape de sélection d'idées. Dans la première étape, les besoins sont analysés et classifiés en fonction de leur impact sur la satisfaction du client. Ensuite, ils sont traduits aux spécifications du produit avec l’aide des experts et des clients. Les informations de saisie correspondent aux besoins des clients et celles de sortie correspondent aux spécifications du produit, c'est-à-dire des caractéristiques du produit qui peuvent être évaluées. Également, deux méthodes sont utilisées: le modèle de kano et la méthode QFD (Déploiement des Fonctions Qualités). Dans la seconde étape, les produits répondant aux spécifications sont conçus en suivant une démarche en trois phases: 1) le problème de conception est divisé selon un groupe défini de sous-problèmes généraux. 2) Chaque sous-problème est connecté à un groupe de stratégies de solution selon une première matrice de décision prédéfinie. 3) Les stratégies de solution sont connectées avec des ingrédients et des conditions opératoires selon une deuxième matrice de décision. Cette démarche est faite en utilisant deux matrices de décision développées dans cette recherche sur la base de la connaissance de science d'émulsion, ainsi que sur des connaissances des experts. Dans la troisième étape, les alternatives de produit sont évaluées selon le cahier de spécifications définis dans la première étape et les indicateurs de durabilité appropriés. Ces indicateurs sont utilisés pour évaluer et classer les alternatives de produit selon un indice de développement durable global. Pour développer cette étape un ensemble d'indicateurs évaluant la dimension économique, environnementale et sociale de produits est choisi et ils sont intégrés par la mise en oeuvre d’une méthode d'analyse de multi-critère. Finalement, afin d’illustrer la méthodologie, une étude de cas est développée: la conception d'une crème hydratante


  • Résumé

    Emulsion based chemical products, which belong to the category of micro-structured chemical products, have a broad range of commercial applications. Despite their importance, there is not a general methodology for their design. With the aim to contribute to the progress on this matter, this research presents a product design methodology focused on emulsion design with the following characteristics: it proposes methods for customer needs analysis, product ideas generation and selection of the best product alternative. It considers the multivariate nature of emulsion design by taking into account the multiple effects of design variables into product properties. It integrates sustainability concepts into the product design process. The methodology comprises three design stages: needs stage, ideas generation stage and ideas selection stage. In the needs stage, customer needs are first analyzed and classified according to their effect on customer satisfaction and second translated into product specifications with the aid of experts and customers. The input is customer needs, i.e., statements expressing customers’ desires about the product, and the output corresponds to product specifications, i.e., product characteristics that can be measured. To perform this stage two methods are used: Kano model and Quality Functional Deployment. In ideas generation stage, product concepts accomplishing product specifications are generated in three sub-steps: First, problem specifications are classified into a predefined group of design sub-problems. Second, each sub-problem is connected with one or more pre-defined solution strategies through a prefilled relational matrix. Third, compatible solution strategies are selected and connected to ingredients and processing conditions through a second relational matrix. As result, a set of product concepts is generated. Thisprocedure is developed by the implementation of two relational matrices proposed in this research based on emulsion science and expert knowledge. The first connects sub-problems with solution strategies and the second connects solution strategies with ingredients and processing conditions. In the selection stage, generated product concepts are evaluated according to product specifications. In addition, appropriated sustainability indicators are included to assess and rank product alternatives according to a global sustainability index. To perform this stage, a set of indicators are selected and integrated by the implementation of multi-criteria analysis methods. The application of the methodology is exposed with a case study: the design of a moisturizing cream


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