Innov'INSA: Projet valise 1

INNOV'INSA : Projet Valise

 

 

I.             Introduction

 

 

·      Objectifs du projet

 

 

Durant les créneaux alloués pour ce module d’enseignement, de même que pendant des séances organisées à notre propre initiative, nous avons pu expérimenter l'efficacité de la méthode TRIZ (théorie de résolution des problèmes inventifs) dans la recherche de solutions innovantes, applicable à un objet de la vie quotidienne. Ainsi, nous avons, dans un premier temps, sélectionné le projet sur lequel nous voulions travailler parmi ceux proposés par les membres du groupe. Nous avons choisi de traiter l'objet valise car il s'agissait d'avoir un objet utile, qui offre une large gamme de possibilités d'amélioration, selon nous, sans pour autant, requérir une expertise trop pointue pour réussir à traiter ce sujet. 

Nous avons réalisé ce travail en suivant différentes étapes. Dans un premier temps, nous avons utilisé l'outil STEPS en commençant par attribuer à chaque élément constitutif de la valise, la fonction qui lui est propre et son moyen d'action, sa contribution au tout. Par exemple, les muscles de l'opérateur (= énergie) permettent d'actionner la poignée de la valise (= moteur) transformant l'énergie cinétique en énergie potentielle, transmise par les barres télescopiques actionnant les roulettes qui vont conduire à terme, à la réalisation de la fonction principale utile de la valise, qui est le transport d'objet d'un point A vers un point B. Ce schéma de fonctionnement est rendu possible grâce à la visibilité et au contrôle que possède l'opérateur sur l'environnement de l'objet, de sorte qu'il joue le rôle de régulateur lorsque l'objet ne suit pas la trajectoire attendue, doit éviter un obstacle pour ne citer que quelques exemples. L'humain comme les moyens de transports constitue donc le super-système et les éléments constitutifs de la valise, forme le microsystème (couvercle, coffre, verrou, roulettes...).

Sur cette base, nous avons pu établir une liste des fonctions d'usage ou de critères techniques de la valise déjà satisfaisants ou au contraire, à améliorer dans l'optique de faire évoluer notre système vers un modèle théorique, le plus idéal possible. Nous avons ainsi pu identifier les lois d'évolution qui nécessitaient que l'on s'y attarde plus longuement (échelon faible) et celles sur lesquelles nous ne pouvions impacter (échelon élevé) par rapport au modèle théorique automatique généré par le logiciel STEPS.

Nous sommes ensuite entrés dans la partie concrète du projet, en considérant les paramètres techniques (coût, résistance, ergonomie, flexibilité des matériaux, temps de fabrication, etc.) répartis entre paramètres d'action (PA) et paramètre d'évolution (PE). Chaque élément constitutif de l'objet a été évalué, au cas par cas et les paramètres notés afin de dégager les couples de contradictions les plus pertinents.

C'est à ce moment précis que le travail de réflexion sous forme de "Brain Storming" a réellement débuté et que la méthode TRIZ est intervenue dans la recherche de compromis innovants.

Dans la suite, nous vous présenterons l'ensemble du processus qui nous a permis d'arriver aux solutions finales, avec pour seul objectif de faire évoluer de façon innovante notre projet tout en assurant la réalisation de la fonction principale utile de la valise.

 

    

·      Etats de l'art

 

 

Avant de se lancer dans une recherche de solutions, il a d'abord fallu se renseigner sur les modèles de valise (présentés ci-dessous) déjà existants, afin de ne pas suggérer des idées faisant doublons. Nous nous sommes aperçus que l'ensemble des modèles n’offraient guère d'énormes différences dans l'ensemble, du fait de la dépendance de l'objet "valise" aux normes des compagnies aériennes. Bien que la structure soit différente, le mode de transmission énergétique reste identique, de même que la présence systématique des éléments du microsystème : roulettes (sauf pour les sacs de voyage), un coffre central fixe, des barres télescopiques et un verrou de sécurité soit sous forme de cadenas amovible, soit sous forme de sécurité intégrée. 

 

 

 

 

II.          Analyse multi-écrans

 

 

·      Graphique de complétence

 

 

Le graphique de complétence du système est la première étape de réflexion du projet. Il permet de bien identifier les différentes parties de notre objet, ainsi que les relations qui les lient. Nous avons tout d'abord défini la FPU (Fonction Principale Utile) de la valise : transporter des effets personnels d'une position 1 à une position 2. Ensuite, nous nous sommes intéressés aux éléments intervenant entre l'objet et l'utilisateur. 

 

Dans un second temps, nous avons réalisé l'analyse multi-écrans de notre objet. C'est par cette étape que commence la méthode de conception inventive TRIZ. Il s'agissait d'identifier le système (la valise), le super-système (son environnement) et le microsystème (ses composants), ainsi que leur évolution dans le temps. Nous avons listé les principaux changements positifs et négatifs entre le passé et le présent pour chaque élément. Ceci a permis de mettre en évidence les caractéristiques à améliorer pour notre valise futuriste, ainsi que celles qui ont déjà été améliorées. 

 

 

      Graphique d’évolution de notre système

 

Le super-système: constitué de l'utilisateur, des moyens de transport, des affaires et des voyages, cet environnement n'était pas propice aux voyages longs et multiples. Compte-tenu de ces conditions, la male de voyage de l'époque était assez peu utilisée et ses déplacements se limitaient aux moyens de transport existants (calèches, bateaux). Aujourd'hui, les moyens de transport se sont diversifiés, le confort et le prix des voyages sont autant de critères qui ont évolué positivement. En revanche, les compagnies aériennes imposent des tailles normées pour les bagages, contrainte qui n'existait pas dans le passé. De plus, avec le développement de la culture et de la mondialisation, les gens voyagent beaucoup plus et la valise est bien plus fréquemment utilisée dans le présent. Enfin, celle-ci est aussi compatible avec de nombreux moyens de transport et l'utilisateur peut la porter lui-même, d'où une polyvalence d'utilisation accrue. 

 

Le système: ici, il s'agit de notre valise. Autrefois, il s'agissait d'une male de voyage lourde, encombrante, difficile à porter et rigide car souvent faite de bois et de renforts métalliques. Aujourd'hui, les valises sont bien plus légères, plus simples à déplacer, plus flexibles et également étanches. Aussi, le poids, la maniabilité, la flexibilité et l'étanchéité ont été améliorés. Néanmoins, les valises actuelles ont une complexité technique plus élevée et leur durée de vie est moindre. 

 

Le microsystème : il était composé du couvercle, du coffre, du verrou, de l'habillage intérieur, des armatures et renforts et des poignées rudimentaires. Seule la sûreté du verrou semble avoir été amoindrie avec le temps. En effet, de nos jours une simple pince suffit à ouvrir une valise alors qu'autrefois, les matériaux étant plus épais, il aurait fallu des outils plus robustes pour forcer une male. Pour ce qui est du reste, le coût des matériaux a diminué : les polymères utilisés sont fabriqués à grande échelle contrairement aux matières naturelles utilisées autrefois, telles que le bois ou le cuir. Evidemment, l'automatisation des chaînes de travail et la production industrielle ont permis de réduire les temps de fabrication. Enfin, l'ergonomie des poignées et la forme du coffre ont aussi été modifiées et sont bien plus adéquates de nos jours. En effet, la poignée est adaptée à la forme de la main humaine et le coffre à une utilisation fréquente.

 

En conséquence, les critères surlignés en vert pour le système entre le présent et le futur sont ceux qui ont été dégradés lors des transitions passé-présent. Il s'agit donc des paramètres qui pourraient constituer des axes d'amélioration. 

 

 

III.       Lois d'évolution

 

 

Nous avons pu hiérarchiser les différentes lois d'évolution selon leur degré d'influence dans l'état futur de notre objet à l'aide de l'étoile (outil STEPS) que nous présentons ci-dessous. Le domaine en vert représente une modélisation théorique, tandis que la zone bleue décrit notre modélisation après estimation du degré d'importance de chacun des critères, auxquels nous avons attribué une note sur un échelon de 1 à 5.

 

Modèle de l'étoile, lois d'évolution de l'outil STEPS

 

 

Loi 1 : Intégralité 4/5

 

Les différents éléments de la valise forment-ils un tout assurant pleinement la fonction principale utile de l'objet, transporter des objets ?

 

La fonction de l'objet est déjà suffisamment satisfaisante mais peut être améliorée. Les différents éléments de la valise se coordonnent pour assurer intégralement le transport d'objets en respectant leur intégrité, dans la plupart des situations de voyage (avion, train, voiture...).

 

Loi 2 : Conductibilité 2/5

 

L'énergie fournie à la valise pour la déplacer est-elle entièrement utilisée pour assurer le déplacement de la valise ?

 

Il s'agit d'un des points importants à améliorer dans le cas de la valise. Par le choix de l'enchaînement des différents éléments de l'objet, il sera ainsi possible d'optimiser le rendement énergétique entre les parties constitutives, ce qui permettra de diminuer l'effort de l'opérateur.

 

Loi 3 : Harmonisation 3/5

 

Les éléments constitutifs de l'objet se déplacent-ils en harmonie ou y a-t-il des mouvements parasites qui empêchent le fonctionnement optimal de la valise ?

 

Ce point est à améliorer car le comportement de la valise peut être radicalement différent suivant le pourcentage de remplissage. En effet, un poids inadapté à la résistance des roulettes pourra en modifier l'axe. Pour permettre la synchronisation de l'ensemble, il faudrait, en cas de déséquilibre des charges au niveau du coffre, que les roues puissent compenser cette modification et revenir à la stabilité. Il faut donc optimiser le rapport existant entre les dimensions de la valise, son poids et la résistance des matériaux supportant l'élément principal à savoir le coffre.

 

Loi 4 : Idéalité 3/5

 

Le système actuel remplit-il idéalement sa fonction principale utile en minimisant les coûts de production ?

 

Le système actuel réalise quand même efficacement le transport des affaires. Cependant, il serait possible d'améliorer les moyens d'assurer cette fonction jusqu'à un certain point, tout en utilisant des matériaux à la fois bon marché et résistants.

 

 

Loi 5 : Développement inégal des parties 2/5

 

Existe-t-il un(des) élément(s) composant actuellement la valise qui soit(ent)moins développé(s) que les autres ?

 

Nous pensons que nous devons apporter un intérêt tout particulier à développer les roulettes car tout le poids du coffre repose intégralement sur celles-ci, et dans les modèles actuels, leurs dimensions et leur résistance nous paraissent ridiculement faibles par rapport à la fonction qu'elles doivent assurer. De même, il est possible d'agir sur les jonctions entre les différents éléments constitutifs de la valise pour permettre une réponse plus immédiate après l'envoie de la consigne « déplacer l'objet ».

 

 

Loi 6 : Transition vers un super-système 4/5

 

La fonction de la valise « transporter les affaires » peut-elle être réalisée par le super-système, à savoir les moyens de transports ?

 

Nous considérons que la fonction est plutôt bien réalisée et que dans le cas du transport d'éléments suffisamment lourds et/ou encombrants, la valise reste le moyen le plus indiqué et pratique pour réaliser cette fonction en diminuant l'effort de l'opérateur et en augmenter, de ce fait, son confort.

 

Loi 7 : Transition vers le micro-niveau 5/5

 

Le système actuel peut-il être miniaturisé tout en continuant d'assurer sa fonction principale utile ?

 

Le volume de notre valise est conditionné par son contenu. Si le contenu n'est pas miniaturisable, le contenant ne peut pas l'être. Cette loi n'est donc pas applicable à notre système.

 

Loi 8 : Dynamisation du système par l'augmentation de la contrôlabilité 3/5

 

Le système actuel comporte-t-il des parties amovibles permettant une bonne contrôlabilité de l'ensemble ?

 

Bien que la valise comporte des parties internes amovibles, les parties externes modulables restent en défaut. Cependant, la contrôlabilité reste satisfaisante grâce à la transition roulettes fixes vers les roulettes rotatives.

 

 

Loi 9 : Dynamisation du système par l'ajout d'associations substances-champ 4/5

 

L’état de maturité de la valise offre-t-il une fonctionnalisation idéale ?

 

Il est possible d'ajouter des fonctionnalités supplémentaires pour compléter la fonction principale utile comme un système de coussins auto-gonflants (type « airbag ») ou une batterie permettant de recharger à la fois les appareils technologiques ou d'alimenter un moteur facilitant le déplacement de la valise ou encore un système de ventilation interne (type membranaire, perméabilité uniquement de l'intérieur vers l'extérieur).

 

      Une fois, l'étoile réalisée sur STEPS, nous pouvons passer à la prochaine étape, celle de définition des paramètres de contradiction.

 

 

IV.        Paramètres de poly-contradictions

 

 

Après avoir évalué les différentes lois d'évolution, nous allons reprendre chaque élément constitutif de l'objet valise et lui attribuer un paramètre d'action (PA). Nous allons ensuite le décrire par une valeur vraie (VA), celle que l'on désire maximiser pour permettre une réalisation optimale de la fonction principale utile et par une valeur antonyme, qui décrit l'état vers lequel on ne souhaite pas tendre. On relie chaque cas à des paramètres d'évolution (PE), d'une part ceux qui favorisent la réalisation de la valeur vraie et d'autre part, ceux qui la dégradent.

 

Nous allons donc nous focaliser sur quatre éléments constitutifs de la valise :

 

  •   Le coffre avec deux paramètres d'actions que sont perméabilité et forme du coffre

 

  •   Le verrou avec sa sûreté

 

  •   Les roulettes avec leur efficacité

 

  •   Les poignées avec leur ergonomie

 

Pour ne donner qu'un exemple, si on considère la sureté du verrou comme paramètre d'action. Dans le cas d'une sureté forte, les paramètres d'évolution positifs sont la polyvalence et la fréquence d'utilisation et pour ceux négatifs, la complexité technique, le coût des matériaux et le temps de fabrication.

 

 

 

 

Ensuite, nous avons noté les paramètres d'évolution sur une échelle de 1 à 10, 10 étant la meilleure performance. Le couple composé de paramètres antagonistes nous donne une contradiction caractérisée par les paramètres ayant les plus grands coefficients. Ici, nous avons choisi les deux contradictions principales, portant sur la forme du coffre et l'efficacité des roulettes.

 

 

V.           Solutions apportées par la méthode TRIZ

 

 

À l'aide de la matrice de poly-contradictions, nous avons étudié la forme du coffre et l'efficacité des roulettes.

 

Concernant la forme du coffre, la segmentation sort en premier, ce qui était notre but c'est-à-dire avoir une valise dont le coffre est modulable. Ce point serait un véritable atout pour la polyvalence d'utilisation de la valise puisqu'elle pourrait être de la taille optimale pour chaque utilisation.

Quant aux roulettes, nous observons qu'une modification des principes mécaniques utilisés pourrait résoudre notre contradiction entre complexité technique et conductibilité. Nous avons pensé à un système d'amortisseurs.

 

 

VI.    Concepts de solution

 

 

Grâce aux poly-contradictions, nous avons trouvé quelques façons d'améliorer notre objet avec le placement des éléments constitutifs et l'aspect modulable.

Notre valise serait donc dotée de roulettes avec amortisseurs et d'un coffre modulable selon l'utilisation souhaitée.

 

Roulettes avec amortisseurs

 

Tous nos prototypes de valise ont pour point-commun des roulettes avec amortisseurs de type voiture. Cela permet de réduire les vibrations de la valise lorsqu'elle roule afin de la rendre plus maniable. De plus, nous avons constaté que les anciens modèles de valise perdaient l'équilibre dès qu'elles roulaient sur un petit obstable. Avec l'amortisseur, le choc du à la rencontre avec l'obstacle est absorbé, ce qui permet à la valise de ne pas basculer. Ceci améliore donc la conductibilité technique sans pour autant trop augmenter la complexité technique, puisqu'il s'agit d'une technologie déjà utilisée et parfaitement au point. Ainsi, nous résolvons notre contradiction concernant les roulettes grâce au principe donné par la TRIZ : "utiliser un autre principe mécanique".

 

Forme du coffre:

1ère solution

 

Cette valise est composée au minimum : de roulettes avec un amortisseur, d'un bloc fixe et d'une poignée avec une barre repliable incluse dans le bloc fixe. L'utilisateur peut moduler le volume de la valise selon ses besoins par l'ajout de compartiments plus petits, s'attachant sur le dessus du bloc fixe, par un système de clipsage/emboitage. Ce dernier est constitué d'une partie" femelle" sur le bloc fixe (avec des attaches à l'intérieur) et une partie "male" sur les compartiments. Ainsi, pour pouvoir déclipser les modules, il est nécessaire d'ouvrir le bloc principal afin de retirer les attaches. Chaque partie se ferme par une fermeture éclair et un cadenas.

Ce module permet de pouvoir adapter le volume de la valise au volume nécessaire et de pouvoir l'alléger quand peu d'objets sont à transporter (optimisation du poids). De plus, sa taille pourra être ainsi modulable pour répondre aux normes aéroportuaires. Lorsque la valise est réduite au bloc fixe, un capot pourra être ajouté afin d'assurer son imperméabilité.

Cette modification est une solution à la contradiction entre poids et complexité technique puisqu'elle permet de réduire et adapter le poids de la valise, tout en gardant une simplicité de mise en oeuvre. Cette solution s'appuie le principe de segmentation, suggéré par la TRIZ. 

 

2ème solution

Cette valise est composée de roulettes avec amortisseur, d'un support fixe en forme de L sur lequel est fixé la barre télescopique et la poignée ainsi que d'un tissu ou matériau élastique. Les affaires sont posées sur le support fixe et le tissu ou matériau élastique est renfermé dessus (comme on fermerait un kimono) afin d'envelopper le contenu par aimantation.

Ainsi, ce modèle peut réduire son volume à un volume minimal étant celui des affaires qu'il contient (optimisation du poids). Cela permet de réduire la taille de la valise et que les affaires ne s'y déplacent pas (si le contenu est suffisamment rangé et compacté) lorsque la valise est en mouvement.

 

Le polymorphisme du coffre de cette valise est une réponse au critère technique de changement de phase et de volume, suggéré par la TRIZ.

 

VI.        Conclusion

 

Lors de ce travail de recherche sur la thématique de l'innovation, nous avons du adopter une vision de travail totalement différente de celle que nous avions eu jusqu'ici. En effet, nous avons, pour la première fois, mené une réflexion quant aux problèmes que pourraient avoir l'objet de travail, puis réfléchi pour trouver des solutions innovantes, au lieu d'utiliser la réflexion "conventionnelle" qui consiste à chercher des innovations et identifier ensuite les problèmes résolvables qui en découlent. De plus, nous avons réfléchi sans faire de compromis et sans avoir d'à prioris.

En conséquence, la solution résolvant le plus de contradictions est la première solution avec les compartiments ajoutables. En effet, sa maniabilité, conductibilité ont été augmentées et son volume adapté, sans rajouter trop de complexité technique. Quant au coût des matériaux, l'utilisateur peut acheter les modules quand il en a besoin, le prix varie donc en fonction du nombre de modules souhaités. De plus, la sûreté de la valise peut être augmentée puisqu'il y a plus de cadenas à ouvrir pour avoir le contenu total de la valise. Enfin, l'imperméabilité de la valise peut être d'un niveau égal aux modèles actuels, les modifications apportées  à l'objet valise n'ont ainsi pas dégradé ce critère. 

Pour terminer, le projet était très intéressant dans le sens où nous avons pu mener un travail en équipe et de manière autonome. Nous avons fait du "brain-storming", échangé nos idées, appris à coopérer, communiquer et s'organiser de manière efficace. Ceci est un excellent exercice pour de futurs ingénieurs car nous aurons probablement à travailler en équipe au cours de notre future carrière sur des projets de Recherche et Développement par exemple.

 

Lien vers le fichier steps

Vous pouvez télécharger le fichier steps correspondant à ce travail sur ce lien.

 

 
 

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