Méthode d'optimisation et d'aide à la décision en conception mécanique : application à une structure aéronautique

Optimization and decision support methodology in mechanical design : application to a structure in aeronautics

• Auteur / Autrice : Arnaud Collignan
• Direction : Patrick Sebastian, Jérôme Pailhes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et ingénierie
• Date : Soutenance le 30/11/2011
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Bernard Yannou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Wahbi Jomaa, Jean-Pierre Nadeau, François Ribour
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre-Alain Yvars, Jean Bigeon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optimisation des structures

Mécanique appliquée

Conception technique

Génie mécanique

Prise de décision

Avions -- Conception et construction

Mots clés libres

Aide à la décision

Optimisation

Algorithmes stochastiques

Arc-élasticité

Préférences

Conception architecturale

Decision support

Optimization

Stochastic algorithms

Arc-elasticity

Preferences

Embodiment design

Résumé

En conception de produits, l’étape de conception dite architecturale doit aboutir à une solution décrivant les caractéristiques du produit, telles que les dimensions ou le choix de composants. Parmi les nombreuses solutions potentielles, il est nécessaire d’effectuer un choix et de pouvoir le justifier de manière rigoureuse. Ce choix doit en outre intégrer l’éventuelle présence d’une solution de référence, pouvant par exemple être issue de projets antérieurs, ou d’études préliminaires.Dans ce but, nos travaux présentent une méthode d’aide à la décision en vue de sélectionner une solution de conception ; nous la nommons méthode OIA (Observation-Interprétation-Agrégation). Cette méthode emploie deux types de modèle, l’un pour formaliser le comportement objectif du produit (Observation), l’autre pour les préférences subjectives du concepteur (Interprétation). Dans ces préférences, nous incluons le comportement attendu du produit, la satisfaction du concepteur ainsi que les compromis intrinsèquement réalisés lors du processus de conception. Ces compromis sont réalisés au travers de stratégies de conception et de logiques de pondérations (Agrégation). La méthode OIA est employée une première fois pour qualifier les solutions de conception en termes de performance. Cette méthode est ensuite appliquée une seconde fois afin de qualifier la solution par rapport à la solution de référence, en termes de confiance accordée par le concepteur. Nous introduisons la notion d’arc-élasticité en conception comme un indicateur de compromis entre performance et confiance pour une solution de conception.Plusieurs algorithmes stochastiques d’optimisation sont comparés comme méthodes de recherche de solutions candidates pertinentes. Nous les détaillons, les comparons et proposons une méthode de sélection multicritère afin d’identifier l’algorithme le plus pertinent.Notre travail est appliqué au dimensionnement d’une jonction rivetée dans un contexte aéronautique industriel.

In product design, the design phase called "embodiment design" results to define solutions describing main product characteristics, such as dimensions or standard components. Among numerous candidate solutions, it is necessary to select and to rigorously justify the selection. This choice must often take into account preexisting reference solutions, coming from previous projects or preliminary studies.In this context, our works propose a decision support method aiming to select a design solution; it is called OIA method (Observation-Interpretation-Aggregation). This approach uses two types of model, the first one concerns the objective behavior of the product (Observation), the second one concerns the designer's subjective preferences (Interpretation). In these preference several indicators are introduced: expected product behaviors, designer's satisfactions and usual compromises realized through design activity. These compromises are achieved through design strategies and weighting approaches (Aggregation). The OIA method is first used to qualify design solutions though the performance indicator. This method is then used to qualify design solutions related to the reference one, through the confidence indicator. The arc-elasticity is finally introduced as a compromise indicator between performance and confidence.Several stochastic optimization algorithms are compared to compute optimal solutions. Theses algorithms are investigated and compared using three criteria, and a multicriteria selection method is proposed to identify the most suitable one.This work is applied to the dimensioning of a riveted junction in an industrial context.