Innov'INSA: Projet Thermos

I/ Introduction

     a-Objectifs du projet

La course à l'innovation est devenue un enjeux majeur pour les entreprises modernes soumises toujours plus à la mondialisation et à la concurrence. Pour survivre les entreprises doivent constamment commericaliser des produits toujours plus innovants.

Le module Innov'INSA s'intègre parfaitement dans notre cursus pour nous permettre de nous familiariser avec une démarche d'innovation toute particulière, la méthode TRIZ. Cette méthode porte pour nom l'acronyme russe de la théorie de résolution des problèmes inventifs. Elle repose sur une démarche algorythmique permettant de résoudre des problèmes techniques. La méthode TRIZ a été développé en 1946 par l'ingénieur et scientifique russe Genrich Altshuller. Il a théorisé un certain nombre de lois qui permettent de prévoir le développement technique d'un objet et d'en déterminer ses innovations.

Nous avons appliqué cette méthode à un objet de la vie quotidienne. Nous avons choisi le thermos pour sa grande utilité.

Tout au long de cette page, nous détaillerons les différentes étapes de notre démarche en accord avec la méthode TRIZ, jusqu'à l'isolation et la détermination de l'innovation majeure pour notre thermos.

 

     b-Etats de l'art

Une bouteille isotherme appelée communément thermos d'après la marque d'une même nom, est une bouteille permettant de conserver un liquide à une température proche de sa température initiale. La première bouteille isotherme est appelée vase de Dewar ou vase d'Arsonval du nom de ses inventeurs. Le principe respose sur une bouteille de verre à double paroi avec un vide intérieur. Les premiers thermos sont commercialisé en1904 quand la compagnie allemande Thermos GmbH est fondée et dépose un brevet pour ce produit.

Les premiers thermos sont grands, en aluminium brossé, muni d'un bouchon en plastique qui s'ouvre et se ferme par pression et sont surmontés d'un bouchon à visser servant aussi de gobelet.

Les thermos modernes de nouvelles générations sont qualifiés de thermos-mug. Ils sont plus petits et plus transportables, munis d'une poignée, et d'un bouchon à clapet auquel on peut boire directement.

Ces thermos modernes présentent de nouvelles innovations rendant leur utilisation plus appréciable.

Toutefois, certains éléments ne sont pas encore entièrement satisfaisant. C'est le cas du bouchon qui manque d'étanchéité et dont le gobelet a disparu, ou de la poignée qui manque d'ergonomie.

Nous allons donc nous concentrer dans le suite sur ces éléments.

II/ Analyse multi-écrans

     a-Graphique de complétence

Nous passons par l'intermédiaire du logiciel STEPS pour la première étape de notre démarche.

Nous pouvons alors établir le graphique de complétence du système. Nous indiquons initialement la FPU (Fonction Principale Utile) de notre thermos qui est de conserver un liquide à une température proche de sa température initiale. Puis nous identifions les différents éléments qui constituent notre objet ainsi que les interactions qui les lient entre eux et avec l'utilisateur.

 

 

     b-Graphique d'évolution

 

Dans un deuxième pas, nous réalisons l'analyse multi-écrans de notre objet. C'est une des étapes clefs de la méthode de conception inventive TRIZ. Nous définissons donc le système qui est notre thermos, le super-système qui correspond aux différents éléments de l'environnement en interaction avec le système, et le micro-système qui rassemble les différents constituant de notre système thermos. Nous faisons un état des lieux de ces trois systèmes au cours du temps, sur les periodes d'autrefois et aujourd'hui, et nous imaginons les caractéristiques du thermos du futur. Nous indiquons les paramètres qui ont évolués sur ces periodes aussi bien positivement que négativement. Le logiciel nous donne alors les paramètres à priviligier comme axe d'amélioration.

 

 

https://drive.google.com/file/d/0BwZn4hpU6sRWdHFJak5jY1dfWGc/view?usp=sharing

 

III/ Lois d'évolution

 

LOI 1 :   INTEGRALITE

NOTE : 4/6

Dans le cas du thermos, il existe un élément moteur, un élément de transmission et de travail, néanmoins nous sommes pavenues à la conclusion qu'il n'existe pas d'élément de commande, et donc pas de contrôle. Cette loi n'est donc pas totalement respectée.

LOI 2 : CONDUCTIBILITE

NOTE : 4/6

L’objectif du thermos est d'éviter le perte d’énergie thermique vers l'extérieur, le moteur n’est donc pas une source conventionnelle, au contraire, c’est le matériau du thermos (l'isolant) qui permettra au thermos d'être fonctionnel. Dans notre cas, la transmission s'effectue par les parois du thermos qui permettent au contenant (liquide) d'être lié avec le moteur (matériau isolant) afin de maintenir la température intérieure constante.

Même si notre cas n’est pas très conventionnel, il existe un moteur et une transmission effective qui permettra d'atteindre l'objectif final de maintenir la température constante, la loi 2 est ainsi majoritairement respectée.

 

Loi 3 : HARMONITASION

Note : 4/5

La coordination entre les différentes parties a un rythme continu.

 

Loi  4 : IDEALITE

Note : 1/5

 

Un système technique idéal est un système dont le poids, le volume et la surface cherchent à se réduire au maximum (voire à disparaître) sans toutefois diminuer ses performances. L’objectif du thermos de maintenir sa température constante est lié a deux paramètres importants :

1.    Présence du matériau isolant (qui occupe un volume important du thermos)

2.    Présence minimal de liquide

Ce veut dire que, par exemple, le système pourrait être dimensionnée de tel sorte que le matériau isolant n'arrive plus à maintenir la température du liquide. La loi d'idéalité n’est pas complétement respectée.

 

LOI 5 : DEVELOPPEMENT INEGAL

Note : 2/5

Toutes les parties fonctionnelles du thermos sont importantes et forment un ensemble dont le développement est égal.

 

LOI 6 : TRANSITION VERS UN SUPER-SYSTEME

 

LOI 7 : TRANSITION VERS LE MICRO-NIVEAU

Note : 5/6

Sur les thermos, il est possible des transitions du macro-niveau au macro-niveau   (ergonomie, confort, design, etc ) ou du macro-niveau au micro-niveau (matériaux utilisés).

 

LOI 8 : DYNAMISATION (PAR L’AUGMENTATION DE LA CONTROLABILITE)

Note :7/10

Il serait possible de faire du thermos un système dynamique et contrôlable (par exemple, faire une innovation pour vérifier et contrôler la température du liquide).

 

LOI 9 : DYNAMISATION (PAR L’AJOUT D’ASSOCIATIONS SUBSTANCES-CHAMP)

Le thermos est un système relativement simple, il est possible d’ajouter de la complexité au système en ajoutant des fonctionnalités de manière similaire a la loi 8, cependant, cette évolution n’implique pas que l’idéalité de l’objet progresse.

 

IV/ Poly-contradictions

 

Les lois d’évolution, posées précédemment, ont permis d’explorer une multitude de pistes d’amélioration possibles correspondant à l’objet. Ceci établit, il reste à mettre en place les contradictions de développement.

Une liste de paramètres est donc dressée et ceux-ci sont ensuite classés en deux catégories :

-          Les paramètres d’action (PA) qu’il est possible de modifier

-          Les paramètres d’évolution (PE) qui découlent des paramètres d’action et qui ne sont pas modifiables

Grâce à cette méthode, nous sommes ensuite en mesure de prendre chaque élément du thermos et de lui associer un paramètre d’action. Pour le thermos, cinq paramètres d’action ont été trouvés :

-          la fixation de la poignée sur le gobelet

-          la masse du bouchon

-          le volume du gobelet intérieur

-          le design du bouchon

-          l’ergonomie du bouchon

A chacun de ces paramètres d’action, une valeur vraie et son contraire leur sont trouvés, puis des paramètres d’évaluation, positifs ou négatifs, leur sont attribués. Ces PE vont donc décrire la conséquence favorable ou défavorable que va avoir PA sur l’élément considéré.

 

 

 

V/ Méthode TRIZ

Nous pouvons à présent établir les matrices de contradictions, nous avons choisi de concentrer notre étude sur l'ergonomie du bouchon.

 

Les trois premiers principes que nous générent la matrice sont le changement d'état physique d'un objet, l'action préalable et la segmentation. Nous avons considéré l'évolution du confort et de l'étanchéité.

 

La solution à laquelle nous sommes parvenus afin de satisfaire le confort de l'utilisateur et l'étanchéité de l'objet serait de modifier le bouchon du thermos en y ajoutant une couche absorbante afin d'éviter toutes fuites. Puis ce bouchon serait équipé d'un système faisant intervenir une paille, ce qui assure le confort d'utilisation et limite les fuites de liquide.

Voici un schéma illustrant notre solution :

VI/ Conclusion

Ce projet fut une vraie introduction à l'innovation et nous a amené à avoir une démarche séquencée et organisée quant à la recherche de nouvelles idées. La mise en oeuvre des différentes étapes a fait jouer notre sens de la coopération et notre esprit d'équipe, nous avons pu confronter et discuter nos idées. La méthode TRIZ que nous avons découvert lors de la réalisation de ce projet, nous fait entreprendre la démarche de ne pas directement penser aux innovations possibles. Cette méthode nous apprend à appréhender un système, à le connaitre, pour ensuite savoir quelles améliorations sont les plus pertinentes.

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