Balai

Projet Balai;

DIDIER Guillaume - G2

MULLER Quentin - GCE2

 

 

Le Balai


 

Cet électif a pour objectif d’initier à une méthode de réflexion afin de proposer et formuler une innovation sur un objet préexistant.


 

Sommaire

 

 

I) Introduction

A) Les origines de la Triz

B) Description du projet

C) Etat de l’art

 

II) Modélisation du problème

A) Analyse Multi-écrans

B)Maturité du système

C) Lois d'évolutions

 

III) Formulation des contradictions

  1. Paramètres et polycontradiction

  2. Contradictions proposées

 

IV) Concepts de solution et solution retenue

  1. Concepts de solution

  2. Solution retenue

 

V) Conclusion


 

I) Introduction

a-Les origines de la Triz

La TRIZ (Théorie de Résolution des Problèmes Inventifs) est née historiquement sous l'impulsion des travaux d'un Russe : Genrich Altshuller (1926-1998). Son rôle était d'analyser l'intérêt pour l'armée d'acheter les projets d'invention d'inventeurs. A ce titre, il recevait quotidiennement des inventeurs de toutes spécialités. Au fil des mois, il remarqua qu'il existait des invariants dans leur façon de penser et d'agir dans l'acte d'invention.

Dès lors il fit de l'étude de l'inventivité humaine la tâche de sa vie. Son but n'était pas d'inventer lui-même mais d'aider les personnes à devenir des inventeurs en leur apprenant comment faire.

 

La Triz est une approche algorithmique de résolution de problèmes techniques, utilisée de manière internationnale pour l'innovation de produits. On retrouve cette méthode notamment dans certaines entreprises françaises comme PSA Peugeot-Citroën. Mais aussi chez des Firmes Trans-Nationnales telles que la firme coréenne Samsung qui ,en simplifiant un composant d'un de ses lecteurs DVD, a grâce à Triz, économisé 4 dollars par appareil.

 

L'étude est réalisée grâce au logiciel STEPS

 

 

ensemble balai, pelle, balayette  standard

 

b-Description du projet

 

Nous avons choisi de travailler sur le balai car c’est un objet présent dans chaque foyer.

L'objectif de ce projet est d'améliorer le balais classique (composé d'une brosse et d'un manche) en améliorant ses caractéristiques. Le projet doit s'adapter au marché en étant abordable (de préférence inférieur à 30€) tout en remplissant sa fonction première. Il ne doit pas s'approcher d'un objet de type aspirateur et ne pas comporter de système de type "motorisés" ou "d'aspiration" mais uniquement de système(s) mécaniques(s).

 

Nos motivations sont :

- L’ encombrement / rangement

- Le multi outillage

- L'efficacité du nettoyage




 

Intégralité des parties

 

 

c-Etat de l'art


 

Il existe divers types balais mais le modèle classique reste de loin le plus répandu car il nécessite uniquement une force mécanique fourni par l’homme.

 

Il existe également l’aspirateur. Mais ce dernier nécessite un apport électrique et donc une alimentation. Il est de plus bruyant et moins économique qu’un balai traditionnel.

 




 

II) Modélisation du problème

a-Multi-écrans

 

 Les multi-écrans présentent le système dans une échelle systémique et temporelle. Les boîtes présent et passé décrivent le domaine de ce qui est connu, tandis que les boîtes futures présentent le domaine hypothétique.     

 

Cette première étape nous permet de faire l'inventaire des défauts de l’objet et des améliorations qui ont d’hors et déjà été opérées ou celles qui restent encore à apporter.


 

Onglet Multi-écrans
 

 

b-Maturité du système

 

Nous estimons que le balai est actuellement au milieu de vie, notre objectif sera de l'amener dans un stade avancé, sans aller jusqu'à sa fin de vie ou dans un nouveau cycle. Nous pensons que les innovations à apporter seront d’un degré d’innovation faible: que les solutions sont apparentes.

L’objectif ne sera pas de révolutionner le balai mais d’améliorer ou de changer certaines parties. Ainsi, notre objet devra reprendre les bases d’un balai classique (manche, brosse, pelle) en les faisant évoluer.



 

Maturité du Système


 

 

c-Lois d’évolution

 

Cette étape vise à déterminer les domaines dans lesquels nous pourrions encore améliorer le balai. Les améliorations sont décomposées en 9 parties qui déterminent chacune une branche à améliorer.

 

 

Loi d'évolution

 

 

Plus le curseur du domaine est proche du centre et plus les possibilités d’amélioration sont importantes.

 

Les branches pour lesquelles la marge d’innovation est importante sont :

 

5) Développement inégal : L’évolution d’un des composants du balai peut entraîner une amélioration de l’ensemble du balai.

 

8) Dynamisation et contrôlabilité : L’évolution de la structure de l’objet passe par l’introduction, en son sein, d’un dynamisme lui apportant plus de flexibilité. La logique de dynamisation peut se concevoir comme suit : Monobloc/1 pivot/ plusieurs pivots/flexible(souple).


 

III) Formulation des contradictions

a-Poly contradictions:

 

Dans les poly-contradictions nous devons indiquer si le paramètre est un paramètre d’action (PA) sur lequel on peut agir, ou d’évaluation (PE), nous permettant d’évaluer l’impact du paramètre d’action. Un paramètre d’action peut être caractérisé par plusieurs paramètres d’évaluation.


 

Nous avons déterminé 5 paramètres d’actions : le multi-outillage, la résistance, la forme du manche, la dimension de la brosse, le type et la forme des poils.

 

Dans la liste des PE nous avons la masse, le coût, la durée de vie, l’ergonomie,le matériau, l’encombrement, le type de saleté, l’esthétique, l’accès aux recoins, maniabilité, propreté de la brosse, l’efficacité du nettoyage, la durée de vie. Nous avons donc 13 paramètres d’évaluation.


 

 

 

Poly-contradictions

 

 

 

Après avoir défini nos différents paramètres, nous devons les associer entre eux. C’est à dire que pour un paramètre d’action nous devons le décrire au travers de deux antonymes, et lui associer les paramètres d’évaluation positifs ou négatifs.

 

Nous avons choisi de faire l’étude suivant 3 scénarios : un scénario par défaut, un autre mettant en avant la polyvalence et le dernier le critère “low cost”.

Il est possible d’associer un poids, sur une échelle de 1 à 10, aux paramètres afin de traduire leurs importances.Suivant le scénarios nous avons réglé l’importance des 5 paramètres d’action PA ainsi que celui des paramètres d’évaluations PE.

 

Par exemple, pour le paramètre d’action multi-outillage dans le scénario polyvalence, les antonymes sont “outil unique” et “outil multiple”. Les PE associés à outil unique sont le coût (d’importance 5 sur 10) , l’ergonomie (d’importance 5 sur 10) , l’encombrement (9 sur 10) et l’esthétisme (6 sur 10). Ceux associés à outil multiple sont la masse(6 sur 10) et la maniabilité(9 sur 10).

 

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Contradiction Multi-ouitllage



 

Echelle du poids

 

 

b) Contradictions proposées:

Le logiciel STEPS nous donne ensuite un graphique des contradictions suivant le scénario. Il faut ensuite identifier les contradictions suivant leur poids, c’est à-dire leur importance. On se concentre sur les bulles situées le plus en haut à droite car elle correspondent aux contradictions ayant le plus d'importance.

 

 

Graphique des contradictions-Low cost

 

 

Pour le scénario “low cost”, les deux principales contradictions correspondent au coût, à la résistance et à la durée de vie du balai et au multi-outillage. La première est d'avoir un balai résistant pour satisfaire la durée de vie du produit mais pas trop afin de garder un prix bas. La seconde contradiction est résoudre le problème de multi-outillage, c’est à dire que le balai doit être objet unique, pour satisfaire le coût. C'est cette dernière contradiction que nous avons souhaité résoudre.

 

 

Graphique des contradictions-Polyvalence

 

 

 

 

 

Dans le scénario de polyvalence nous avons utilisé la contradiction 1.6. La contradiction concerne le multi-outillage, le balai doit être objet unique pour satisfaire l’encombrement et outil multiple pour satisfaire la maniabilité. 

 

 

On remarque que les contradictions proposées sont différentes suivant le scénario qu'on prend en compte. On peut donc en déduire plusieurs solutions différentes suivant les scénarios.

 

 

IV) Concepts de solution et solution retenue

a-Concepts de solution

Pour chaque contrainte sélectionnée, on a définit des paramètres proches de ceux entrant en jeu dans la contradiction pour affiner la matrice et en sortir des principes d'innovation qui répondent au mieux au problème. On a ensuite choisit un principe pour créer une fiche "concept de solution".

On obtient alors des fiches dans lesquels on expose une idée de solution permettant de résoudre les deux contraintes à prendre en compte.

 

 

Par exemple, le principe lié au degré de dynamisme (principe 15) vise à :

 

a. Rendre un objet (ou son environnement) automatiquement ajusté pour une performance optimale à chaque phase de l'opération.

b. Séparer un objet en éléments pouvant se déplacer les uns par rapport aux autres.

c. Si un objet est immobile, le rendre mobile, déplaçable.

 

En s'appuyant sur ce principe, nous avons trouver 3 concepts de solutions :

 

La brosse retractable

La brosse est constituée de deux parties mobiles de part et d'autre d'une partie immobile, la partie principale de la brosse. Les deux parties mobiles sont légéremment décalées en hauteur pour permettre la liaison glissière.

 

 

 

 

Le manche retractable

Le manche du balai est très encombrant donc pour faciliter son rangement et optimiser l'espace on peut penser à un télescopique ou à un système de pliage (comme les anciennes règles en bois)

 

 

 

 

 

Le manche flexible

Au niveau du matériau utilisés nous nous sommes inspirés des crayons flexibles présents sur le marché, fait à partir de composite graphite ou de la cire:

 

 

 

 

 

 

En nous intéressant au principe 7 : le placement interne , nous avons élaboré le concept de solution suivant :

Le balai intégrable dans le mobilier

L'objectif est d'utiliser la place inutilisée dans un mur ou un objet pour ranger le balai. L'encombrement du balai serait alors minimisée.

 

 

 

 

 

 

Principe 2 : l'extraction

Le balai démontable

Nous nous sommes inspirés du "Montage Lego". C'est à dire en imaginant le manche comme un dispositif scindé en plusieurs pièces qui peuvent s'assembler.

De cette façon , le balai serait personnalisable, ajustable selon la taille de l'utilisateur et/ou selon l'utilisation du balai (nettoyage des toiles d'araignées au plafond, du sol, de la table etc.)

 

 

 

 

 

 

 

Principe 14 :  la spéricité 

Le balai avec manche arrondis

L'idée est de faire un manche présentant une ou plusieurs zones arrondies (manche n'est pas de forme homogène, c'est à dire raide tout son long) dans le but d'atteindre des zones difficiles d'accès comme sous le lit .

 

 

 

 

 

 

Principe 27 : L'éphémère et l'économie

Le balai jetable

Pourquoi ne pas imaginer un balai jetable ? L'idée peut paraitre saugrenue mais apporte une réelle avancée dans la construction, la mise au point et l'utilisation du balai. Dans un premier temps on peut déjà réaliser un balai avec une brosse à usage unique, une brosse jetable. Tout en assurant le côté écologique en utilisant des matériaux recyclables, des matériaux de deuxième vie.

 

 

 

 

 

Aspirateur sans moteur

 

Le principe est le même que celui d'un aspirateur traditionnel sauf qu'au lieu d'utiliser de l'énergie électrique, on se sert de l'énergie mécanique produit par le bras de l'homme. La brosse est remplacée par un rouleau parsemé de poils, de deux petites roues et un réservoir.
Cette idée s'inspire du ramasse miette trouve d'hors et déjà sur le marché. L'un des avantages serait l'abscence de bruit.

 

 

b-Solution retenue

Il est temps de décider d'une solution finale pour un balai innovant. Le logiciel réalise un arbre reliant les concepts précédemment créés aux contradictions avec lesquelles ces derniers entre en jeu. Nous avons par ailleurs noté ces concepts selon leur influence sur les PA. Les concepts reliés avec le plus de de contradictions sont donc les plus intéressants, ce qui nous oriente ainsi dans notre choix de solution : le balai avec brosse jetable

choix du concept de solution

 

 

La solution retenue, quoique un peu surprenante au premier abord, est basée sur le balai avec brosse jetable. Certaines de nos solutions comme le manche rétractable existent déjà et ne constituent donc en rien une innovation du produit. D'autres solutions telles que le manche flexible vont à long terme être en contradiction avec son objectif: en effet le manche flexible a pour but d'améliorer l'ergonomie. Cependant avec le temps et le nombre de pliage, le manche peut voir sa flexibilitée dégradée au niveau des zones déjà tordues, et ainsi apporte une difficultée supplémentaire dans le nettoyage alors que le contraire est attendu.

 

Autre solution écartée: pourquoi ne pas fusionner quelques unes de nos idées? Pourquoi ne pas fusionner la brosse rétractable, le manche pliable et le balai démontable: l'objet résultant ne peut être que meilleur, sauf qu'il risque de ne pas être viable. Pourquoi donc? A titre d'exemple (cf magazine Science et vie n°1191), une entreprise d'armement américaine, fiancée par l'armée, à mis au point un nouvel avion de chasse nommé F-35. Cet appareil est un concentré d'innovations et de nouvelles technologies. Sauf qu'au final il se trouve qu'il a un grand nombres d'incompatibilitées entre elles et que lors des simulations, les résultats suggèrent qu'il se trouve moins efficace que le F-16 qu'il est censé remplacer. Le Rafale, son rival, le domine et les simulations suggèrent également qu'il soit inférieur à l'A-10 (de trente ans son aîné). Il est également à noter que la conception des modèles déjà vendu s'élève à un coup astronomique qui pourrait encore fortement augmenter.

 

Pour résumer cet avion est en quelque sorte "une synthèse monstrueuse de trop nombreuses exigences contradictoires". L'intention était bonne mais le résultat n'a pas été celui escompté.

Ainsi, il a fort à parier qu'il se passerait exactement la même chose pour notre balai.

 

C'est pourquoi nous nous sommes  tourné vers le balai jetable. Il se trouve qu'une idée faisant intervenir à la foi le balai jetable et la pelle de l'ensemble balai-brosse à vu le jour. 

 

 

 

 

Le principe reste simple: le manche est fait en bois de bambou puisque ce bois est léger, facile à produire et peu couteux en ressources. Ce bois est collé avec une pièce en bois (bois classique comme le chêne, le noyer ou n'importe quel autre arbre d'Europe). Cette pièce de bois sert de socle à la brosse en matière recyclée et la liaison entre les deux pièces est assurée par la friction. L'encoche triangulaire en bois et la rainure de même forme dans la brosse ont les mêmes dimensions, ainsi, les deux éléments tiendrons entre eux.

La brosse, en papier ou en carton recyclé/recyclable est recouverte d'une matière collante, elle même recouverte d'un film protecteur selon le même principe que l'enveloppe. De part et d'autre de la brosse se trouve une encoche servant à prendre la brosse sans avoir à toucher la partie collante de la brosse après utilisation. Une fois mise à la poubelle , il suffit de prendre une autre brosse, de l'insérer et d'enlever le film protecteur.

 

Au final, la brosse est recyclable et assure également la fonction de pelle du système brosse-pelle et offre une solution à la polycontradiction du multi-outillage choisie précédemment.

 

 

 

 

 

 

Conclusions:

L'élaboration d'une solution ou d'une innovation n'est pas anodine: c'est ce qui ressort à notre sens du travail effectué sur le balai. Il est facile de dire qu'il suffit d'avoir l'Idée puisque cette méthode ne marche que dans de rares cas. Dans le cas contraire, il faut suivre une démarche de recherches de contraintes pour ensuite aborder la recherche de solutions. Cette démarche est souvent longue mais finit très souvent par payer. Nous avons pu le découvrir lors de l'application de la démarche TRIZ, qui remplace la méthode dont j'ai coutume d'utiliser : le Brainstorming, cette dernière étant aujourd'hui de plus en plus décriée.
C'est également grâce au logiciel STEPS que nous avions pu orienter la direction de nos recherches et obtenir ce résultat final.
 
Le plus difficile sans doute a été de se discipliner lorsque des idées ont émergées pendant la phase de recherche des contraintes. Il a fallu laisser de côté les idées que nous avions eu avant la phase de recherche des idées: en effet ces idées sont néfastes puisqu'elles nous confortent de ces seules idées et peuvent nous faire passer à côté de très bonnes idées. En d'autres termes ces mêmes idées peuvent biaiser le résultat final. 
 
Voici également le lien du fichier STEPS : https://drive.google.com/open?id=0B-gfQDE8xV4-R3hJS3VZLWR5ME0