Innov'INSA: Parapluie

1.       Introduction

 

Le projet Innov’INSA a été mis en place pour nous apprendre la conception innovante en utilisant une méthode inventée en 1946 par Genrich Altshuller. Ce dernier voulait optimiser le procédé d’innovation en mettant en place des lois objectives qui permettent l’évolution de n’importe quel système technique.

Nous avons choisi comme objet d’étude le PARAPLUIE. En effet nous vivons en Normandie depuis un petit moment maintenant et nous savons tous qu'il est indispensable d’en avoir un dans cette région.

 

 

  2.       Historique

 

Le parapluie descend d’une famille très noble: l’ombrelle. Sa création remonte à des temps anciens. L’ombrelle était utilisée comme une protection contre la chaleur et les rayons du soleil. Elle était considérée comme un emblème universel de royauté et de pouvoir. Elle servait donc surtout à manifester son statut royal ou divin.

On retrouve cette image dans les sculptures de divinités dans l’Egypte ancienne, en Perse et dans la très ancienne civilisation chinoise. 

L’ombrelle était utilisée uniquement par temps sec. La protection contre la pluie qu’elle pouvait apporter n’était pas utile. 

A partir du 18ème siècle, l'ombrelle devenue parapluie fait son apparition en Italie puis en France et enfin en Angleterre. A cette époque il est plus considéré comme un objet exotique venant de Chine, une source de curiosité plutôt qu'un moyen pour se protéger du soleil et de la pluie.

Les premiers modèles de parapluies étaient lourds, difficiles à ouvrir, chers et peu commode à utiliser.

Aujourd’hui les derniers modèles de parapluies utilisent des matériaux légers comme l’aluminium, la fibre de verre et sont très faciles d’utilisation en bénéficiant d’ouverture et fermeture automatiques.

 

 

 

       3.       Comment et pourquoi innover? 

 

a.      Etat de l’art

Nous allons tout d'abord vous présenter les différentes sortes de parapluie existants :

PARAPLUIE DROIT OU LONG (CLASSIC UMBRELLA)

Ce modèle est le plus ancien. Il est le plus résistant à des pluies abondantes et à des rafales de vent puissantes et il est assez grand pour deux personnes. La seule contrainte peut être sa taille et son poids.

VARIANTES : 

PARAPLUIE TRANSPARENT

En plus de la protection contre la pluie, il dispose d’une toile transparente pour voir les alentours.

PARAPLUIE BULLE OU CLOCHE (BUBBLE UMBRELLA)

Doté d’un système de baleinage qui donne à la toile la forme d’une bulle. La toile doit forcément être transparente.

PARAPLUIE PLIANT (POCKET UMBRELLA)

C’est l’opposé du parapluie droit, il est rétractable, moins résistant au vent et aux pluies abondantes. Mais il est plus pratique, occupe moins d’espace et il est assez léger. L’ouverture est généralement automatique.

VARIANTES :

 MINI PARAPLUIE

C’est une version du parapluie pliant, avec un encombrement minimal.

  PARAPLUIE GOLF

C’est le modèle qui offre la plus grande résistance et la plus grande taille, qui permettent la protection de plusieurs personnes. Il est souvent fabriqué à partir de matériaux qui n’attirent pas la foudre.

 

 

Nous avons ainsi pu voir que le parapluie a subi de nombreuses modifications depuis son invention. Nous allons maintenant utiliser la méthode TRIZ pour voir quels aspects nous pouvons développer pour améliorer d'avantage le parapluie.

 

b.       Méthode TRIZ

La méthode TRIZ est née sous l'impulsion des travaux d'un Russe appelé Genrich Altschuller. Cette méthode permet d'améliorer un produit déjà existant en suivant une série d'étapes qui permettent de déterminer quelles innovations nous devons apporter à notre produit. Pour cela nous utilisons des lois prédéfinies qui ciblent les points de notre poduit à améliorer. Nous faisons ainsi évoluer notre produit en créant une nouvelle génération. Les différentes étapes de la TRIZ sont :

  •     Analyse du problème
  •     Analyse du produit et de sa situation initiale
  •     Analyse multi-écrans 
  •     Énonciation des contradictions physiques
  •     Classement des contradictions permettant de mettre en avant les axes de résolution les plus pertinents
  •     Conceptualisation des résolutions

 

4.       Phase analyse

Pour l'analyse de notre produit nous nous sommes aidés du logiciel STEPS mis à notre disposition.

a.       Intégralité des parties

 

L'intégralité des parties nous permet d'étudier les différentes parties de notre objet afin de déterminer les relations existantes entre elles ainsi que la fonction principale du système.

 

 

b.      Analyse multi-écrans

 

Nous nous sommes ensuite intéressés à l'analyse multi-écrans afin d'observer l'évolution de notre système en suivant trois grands axes : passé, présent et futur. Nous avons également défini les super-systèmes représentant l'ensemble des intéractions avec notre produit, ainsi que les sous-systèmes qui le constituent.

 

Nous avons donc comparé les differentes caractéristiques du parapluie entre les premiers modèles et ceux existants aujourd'hui. Ceci nous a permis de faire ressortir les propriétés qui ont été améliorées au cours du temps. Nous avons ensuite rédigé des hypothèses permettant d'améliorer les caractéristiques du parapluie ''présent''.

 

c.       Lois d’évolution

 

Loi n°1 : Intégralité 4/5

Toutes les parties de notre système technique sont présentes et réalisent le rôle que l’on attend d’elles:

Moteur : L’Homme

Transmission : Main

Contrôle : Cerveau

Travail : Force physique

Il est nécessaire que ces 4 parties se réalisent en même temps pour que notre système fonctionne. Cependant l'Homme peut influencer ces paramètres en utilisant trop de force pour ouvrir le parapluie.

Loi n°2 : Conductibilité énergétique 4/5

Cette loi s'apparente donc à une loi d'efficience où le rapport entrée-sortie est rapidement fait et tous les gains possibles pour amener les pertes énergétiques à zéro sont faits. 

Les pertes énergétiques de notre produit sont minimes car il suffit juste d’exercer une pression sur le bouton pour déployer notre parapluie qui va réaliser ainsi sa FPU. Cependant lors du repli du parapluie il peut être plus ou moins difficile de le replier et du coup perdre inutilement de l’énergie.

Loi n°3 : Harmonisation 2/5

 

Nous devons toujours porter le parapluie et le tenir au dessus de notre tête. De plus, le manche n’est pas très confortable. Il y a encore une grosse marge de progression.

 

Loi n°4 : Idéalité 3/5

Dans notre cas pour obtenir l’objet idéal il faudrait que notre parapluie n’existe pas (pas de masse, ni de volume) tout en assurant sa fonction principale. 

Nous pouvons imaginer un système qui permette de supprimer le support physique du parapluie pour arrêter la pluie avec un simple système de projection d’air.

Cependant notre objet même ainsi ne serait pas parfait car il aurait toujours besoin d’un support physique (le manche).

Loi n°5 Développement inégal 3/5

Notre système est composé de 2 parties : le manche, la toile et sa structure métallique.

Or, le support physique supérieur retarde l’évolution de notre objet car il regroupe beaucoup de défauts (volume, séchage, poids….)

Si nous pouvions imaginer un système sans cette structure métallique nous pourrions supprimer tous ces défauts.

Le manche freine aussi l’innovation de par son matériau car ce dernier ne peut pas être parfait, il sera toujours trop cher, trop lourd. En effet, la recherche sur les matériaux ne permet pas d’obtenir des matériaux parfaits.

Loi n°6 Transition vers super système 2/5

Le système est très simple pour le moment, il serait envisageable de rajouter de nombreuses autres fonctionnalités à notre parapluie, par exemple :

-TELEPHONE INTEGRE

-GPS

-CAMERA 

-SYTEME d’ECLAIRAGE

Loi n°7 : Transition vers le micro niveau 1/5

Comment pourrait on évoluer ?  Champs d’air pour repousser la pluie mais sinon pas d’autres améliorations possible. Dans tous les cas, on garde un manche donc on ne peut pas réellement permettre un changement d’état du système.

Loi n°8 : Dynamisation 4/5

Notre système pourrait devenir flexible en le repliant sur lui-même et ainsi réduire son volume. Nous pouvons donc imaginer réduire la place qu’il prend.

Loi n°9 : Accroissement substance-champ 4/5

Nous pourrions imaginer avoir une toile hydrophobe qui augmenterait la pertinence de la fonction principale utile.

Les lois avec les notes les plus faibles constituent notre axe de développement. En effet, ce sont ces lois que nous devons améliorer en trouvant une innovation adaptée à notre produit. 

d.      Paramètres et poly contradiction

En suivant le modèle de résolution de la méthode TRIZ nous devons maintenant formuler notre problème sous forme de contradictions.

 

Lors de la résolution, les contradictions rencontrées ont été séparées en deux catégories de paramètres :

  •  Les paramètres d'action (PA) caractérisant l'objet
  •  Les paramètres d'évaluation (PE) agissant sur les PA

 

Afin de définir nos poly-contradictions, nous avons utilisé les paramètres listés au début du processus (diagramme multi-écrans) et nous avons également créé de nouveaux paramètres plus spécifiques par rapport au système étudié.

 

MANCHE 

Lorsqu'on utilise une manche

 

POIGNEE

 

STRUCTURE METALLIQUE

 

Nous nous sommes ensuite intéressés aux paramètres d'évaluation pour obtenir les principales contradictions à résoudre par rapport à notre produit.

Nous avons determiné les PA et les PE. En effet, les PE agissent et ont des conséquences postives ou négatives sur le PA. Nous avons attribué une note  sur 10 à chaque PE afin de définir le PA dont le poids relatif sera le plus important.
 
Les PE  sont les suivants :
 
  • Confortabilité 6 -  Praticité 6/: En effet, le parapluie usuelle à une bonne praticité ainsi qu'un bon confort ce qui réduit notre marge d'innovation.
  • Energie 6 : Réduire l'energie, c'est à dire, minimiser l'energie nécessaire pour permettre une ouverture du parapluie. Il y a une marge de progression afin de diminuer l'energie. Cependant, nous avons préféré nous concentrer sur la réduction de volume et de poids, qui ont une marge de progression bien plus importante
  • Efficacité 8: Marge de manoeuvre importante puisque le parapluie usuelle ne répond qu'a sa fonction d'usage primaire.
  • Résistance  6: La résistance renvoie à la rigidité du parapluie. Elle est convenable pour les parapluies actuels mais peut parfois laisser à désirer lors de grosses rafales de vent. Il y a donc une marge d'amélioration possible.
  • Ergonomie 5: La parapluie est déjà trés ergonomique, il y a quasiment aucune marge d'innovations.
  • Volume- Poids 10: ce sont nos principales marges de manoeuvre .
  • Prix 7 : le rapport coût et bénéfice peut être amélioré vis à vis des matériaux utilisés.
  • Processus de fabircation 5: Toute évolution de ce produit conserve un processus de fabrications semblable .

 

 

 

 

 

 

5.       Phase résolution

 

Une fois que toutes les matrices de contradiction sont remplies, pour chaque PA désigné, on  a sélectionné celles avec le poids le plus important.

a.       Contradictions proposées

Contradiction n°1 

 

 

La principale contradiction qui en sort est : le poids doit être à la fois léger pour satisfaire la condition de conformabilité et à la fois lourd pour satisfaire le prix ;

 

La méthode TRIZ, nous permet de résoudre ces contradictions, et sans faire de compromis lors de la résolution de ces dernières.

 

On a sélectionné les paramètres suivants pour le prix :

-       Facilité dans le procédé de fabrication

-       Complexité du produit

-       Productivité

En ce qui concerne le poids on a sélectionné :

-       La forme du parapluie

-       Poids en g

-       Volume en m^3

 

Le logiciel nous a affiché les  principales contradictions qui ressortent de nos conditions :

1-      Complexité

2-      Segmentation

3-      dynamique du système

4-      Flexible shells and thin films

5-      Pneumatic and hydraulic structure

6-      Taking away

7-      Use the copies

8-      Turn the harm to one’s good

 

Pour résoudre la contradiction suivante le poids doit être à la fois léger pour satisfaire la condition de conformabilité et à la fois lourd pour satisfaire le prix. Le logiciel nous propose de modifier la flexibilité de notre parapluie ou bien de le segmenter, ce qui permet de satisfaire les deux critères : prix et praticité.

 

Contradiction n°2

 

La contradiction numéro 2 que le logiciel a automatiquement définit est la ségmentation. 
 
Le logiciel nous conseille pour résoudre cette contradiction d'augmenter la ségmentation de notre produit en faisant en sorte qu'il soit composé de parties détachables les unes des autres afin de diminuer le volume et de gagner en praticité. On répondrait ainsi à notre contradiction. 

b.      Solutions trouvées

 

Solution 1

D’après la méthode TRIZ, une des solutions serait d’augmenter la flexibilité de notre parapluie. Par conséquent, l’idée qui nous est venue serait de concevoir un parapluie totalement flexible. Pour ce faire, nous reprendrions  l’idée de la tente 2 secondes, c’est-à-dire, un parapluie qui se déplie tout seul, et qu’il suffit de plier puis d’accrocher pour le ranger. Ensuite, ce parapluie serait dépourvu de  manche, ce qui nous permet de gagner en praticité. Il suffirait donc de porter le parapluie comme un sac à dos pour se protéger de la pluie.

   Le parapluie est composé :

  •            Deux bretelles possédant chacune un manche rétractable
  •            Au bout des manches se situe donc une toile carré, contenue dans une structure flexible et pliable              comme la tente deux secondes.

 

Nous pourrions donc imaginer deux gammes de produits :

  •           Le low-cost avec une toile en plastique comme le parapluie de nos jours
  •           Et le modèle prestige possédant une toile complétement hydrophobe.

 

 

Solution 2

La deuxième proposition émise par la méthode TRIZ est de diviser l’objet en plusieurs pièces indépendantes. Ainsi, la deuxième idée qui nous est venue est de concevoir un parapluie avec un manche détachable comme des piquets de tente. Le haut du parapluie est composé d’une toile et d’une structure en polymère à mémoire de forme. Cette ‘’tête’’ de parapluie aurait une forme hélicoïdale et pourrait être tourné sur elle-même pour la ranger.

Le parapluie est composé de :

  •           Un manche détachable
  •           Une tête de parapluie composée d'une structure en polymère de forme hélicoïdale et d’une toile                 classique.

Le prix étant une contradiction importante à laquelle nous devons trouver une solution, nous choisirons de fabriquer nos parapluies en polymères de grandes consommations (ex : polystyrène, …)

6.       Conclusion

 

Nous avons choisi la solution numéro 1 car elle nous permet de répondre efficacement à la contradiction numéro 1. En effet avec la conception innovante de notre produit nous avons réussi à faire en sorte qu'il soit composé de matériau flexible (manche et toile). 

Elle concilie également l'utilisation de produits peu coûteux à performances élevées tels que le poystyrène ou tout autre matériau composite; ce qui nous permet de répondre à la contradiction de prix. De plus il serait possible d'imaginer un modèle prestige pour lequel la toile serait faite en materiau totalement dégradable tel que la feuille de Lotus, qui est un materiau super-hydrophobe et qui eviterait donc au parapluie d'être mouillé lorsque nous le rangeons dans notre sac. 

Ce projet Innov' INSA nous a permis de développer notre créativité d'ingénieur en améliorant un produit du quotidien (parapluie). Cela nous a également permis de nous familiariser avec le logiciel STEPS et de mettre en application la méthode TRIZ sur un cas concret. Nous sommes persuadés que les connaissances acquises durant ce projet nous serviront plus tard en tant qu'ingénieur sur les projets plus complexes que nous serons amenés à gérer.

Ce projet a permis de développer notre esprit d'équipe et de faire appel à l'imagination de tous les membres du projet tout en conservant un regard ouvert mais critique sur les innovations proposées. 

 

 

 

Lien de téléchargement du projet STEPS: https://ent.normandie-univ.fr/filex/get?k=9l2SXwPo32clB4uqWFm

 

 
 

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