Caddie

LE CADDIE (Chariot de supermarché)

 

Objet du quotidien, le chariot de supermarché est aussi l’un des symboles de la société de consommation.

I. Introduction

Le sujet ...

Le chariot de supermarché fête en 2016 ses 75 ans. Son ancêtre a été inventé en 1937 par un épicier de l’Oklahoma, Sylvan N. Goldman. C’était une structure pliable qui permettait de transporter deux paniers, l’un en haut, l’autre en bas.

 

Source image 2 : http://mentalfloss.com/article/26470/brief-history%E2%80%94and-future%E2%80%94-shopping-cart

C'est en 1947 que le chariot a pris la forme qu'on lui connaît aujourd'hui. En allant faire ses courses, un dessinateur industriel, Orla E. Watson, a constaté que les chariots s'entassaient devant le magasin. En installant un volet à l'arrière des paniers, il a inventé le chariot encastrable, bien plus pratique à stocker.

 

La méthode...

Nous vous présenterons dans ce document comment nous avons utilisé la méthode TRIZ (Teorija Reshenija Izobretateliskih Zadatch) qui correspond à la "théorie de résolution des problèmes inventifs" pour tenter d'atteindre un nouveau type de chariot de supermarché. Cette théorie entend que l'invention et l'innovation d'objets peuvent se faire de manière méthodologique en se basant sur une approche systématique.

Les problèmes et leur résolutions rencontrés par des concepteurs et des inventeurs servent de base pour résoudre les problèmes que l'on se pose.

 

II. Analyse

Les captures d'écran ont été réalisées à partir de Windows 10 et concernent le logiciel STEPS, logiciel qui permet de guider une personne dans son parcours inventif.

 

- Intégralité des parties

Voici la première des lois d'évolution : Cette loi permet de définir les conditions nécessaires et suffisantes à l'apparition d'un nouveau systèmes viable.

Ainsi, à travers cette loi et la définition de la fonction principale utile, la structure du système est pleinement définie.

Au tout début, la création d'un nouveau système a pour but de répondre à une fonction non satisfaite auaparavant, la fonction principale utile (réalisée par le produit, l'outil).

Ainsi, une décomposition systémique fera apparaître de nouvelles fonctions principales utiles, mais au niveau des composants.

TRIZ décrit un système comme étant composé de 4 éléments :

- L'élément moteur : c'est celui qui reçoit l'énergie extérieure au système

- L'élément travail, qui est au contact de l'objet cible de la fonction principale utile

- L'élément de transmission, qui fait passer l'énergie du moteur au travail

- L'élement de contrôle, qui assure que la coordination des 3 autres éléments

 

STEPS précise encore un peu plus cette décomposition.

Notre étude porte sur le caddie en plastique, celui-ci est donc l'outil. Sa fonction est de transporter des produits du commerce qui forment les objets cibles.

On peut considérer que ces objets ont deux états principaux en ce qui concerne le chariot de supermarché. Ils sont d'abord en rayon, le client les récupère et les dépose dans le chariot. L'outil va alors réaliser sa fonction, jusqu'à ce que les objets soient dans le coffre de la voiture du client.

Pour que cet outil fonctionne, le client lui transmet de l'énergie musculaire, depuis un guidon qui forme alors l'élément moteur. La transmission de cette énergie est assurée par les roulettes, qui assurent que le chariot se déplace lorsque le client posse le chariot (et donc transmet de l'énergie musculaire). Le travail est assuré par le plateau, ou même la panier. Ceux-ci supportent en effet les objets.

 

 

- Multi-écrans

- Maturité du système

Un des axiomes fondamentaux de la TRIZ est d'affirmer que les systèmes techniques, indépendamment de leur domaine, suivent des tendances d'évolution indentiques. Ces évolutions peuvent être représentées par des diagrammes temporels.

Dans ce diagramme, l'évaluation de la maturité d'un système peut être représentée par la variation de la valeur des fonctions positives qu'il réalise sur une échelle de temps donnée. Nous pouvons déceler 3 phases majeures : naissance, développement et déclin.

La première voit la naissance du système, à l'état de prototype. Le principe de fonctionnement est validé, mais les performances et la fiabilité sont réduites et les moyens de production ne sont pas encore adaptés. Dans cette phase initiale, le système est en général très onéreux.

Dans la phase de développement, la qualité de la fonction est améliorée, en général à coût équivalent.

Enfin, la phase de déclin est généralement caractérisée par une excellente maîtrise des moyens de production qui permet de diminuer sans cesse le coût du système à performances équivalentes et d'augmenter son niveau de fiabilité. Arrivé à cette période, qui correspond à une situation concurrentielle difficile, lesmarges des constructeurs se réduisent et les conditions sont mures pour chercher d'intégrer au système de nouvelles fonctions, ou pour l'intégrer lui-même à un système environnant et se dégager de la concurrence.

Une fois le cycle d'un système en cours d'achèvement, l'émergence d'une nouvelle technologie alternative permet le redémarrage d'un autre cycle.

Source : CREER LE FUTUR avec TRIZ et l'innovation systématique

Nous avons considéré que le chariot de supermarché était encore dans une phase de développement, voir presque dans une phase de déclin. En effet, il y aura toujours des gens qui préfèrent faire les courses eux-mêmes et qui préfèrent donc utiliser un chariot de supermarché que de passser par le système des Drive. Pourtant, une changement technologique pourrait s'opérer, sur ce système qui n'a pas été radicalement modifié depuis très longtemps.

 

- Lois d'évolution

Les lois d'évolution permettent d'anticiper l'évolution d'un produit. Il y a 8 lois d'évolution :

Les lois statiques :

- Loi 1 : Intégralité des parties d'un système technique : Un système technique doit avoir un élément moteur, un organe de transmission, un organe de travail et un organe de contrôle

- Loi 2 : Conductibilité énergétiqe du système : Libre passage de l'énergie entre les différents organes

- Loi 3 : Coordination des rythmes des parties : Coordination en fréquence, vibration, périodicité

Les lois cinématiques : 

- Loi 4 : Augmentation du niveau d'idéalité : Le système tend vers un idéal dont le volume, le poids, la surface, le coût tendent vers zéro à iso-performance

- Loi 5 : Développement inégal des entités : Le développement inégal des sous-systèmes conduit à des contradictions

- Loi 6 : Transition vers le super système : Après avoir épuisé les possibilités d'innovation de l'objet, celles-ci apparaissent au niveau du système

Les lois dynamiques :

- Loi 7 : Transition vers le microniveau : Passage du macro au microniveau

- Loi 8 : Augmentation de la dynamisation et du niveau de contrôlabilité : tendance à augmenter les organes de contrôle

 

 

 

 

- Polycontradictions

Les polycontradictions consistent en le référencement de différents paramètres. Le concepteur devra ensuite faire des choix.

 

Un paramètre d'action (PA) est un paramètre dont l'on peut vouloir augmenter la valeur ou diminuer la valeur. Les deux ont un intérêt. C'est pour choisir entre les deux états antigones du PA que l'on associe à chacun des paramètres d'évolution (PE) qui eux n'ont qu'un seul état désiré.

Par exemple, dans le cas d'un logement, avoir une maison en périphérie ou un appartement en centre-ville sont deux valeurs du PA "logement". Ce PA aura pour valeur VA=Maison en périphérie, ou -VA=Appartement en centre-cille. On choisira en fonction du prix, de la taille, du temps de trajet etc... qui sont des PE. Les PE sont en effet des paramètres dont la valeur doit idéalement tendre vers une seule et unique valeur (Grande taille, trajet court, bas prix,...).

 

On va associer à notre produit différents PA auxquels on associera des PE. On classera alors le PE selon sa valeur la plus avantageuse dans une valeur du PA ou l'autre.

Dans notre exemple : une Maison en périphérie aura : Taille dans les avantages, tandis que l'Appartement en centre-ville aura Taille dans les désavantages.

 

Nous avons décidé, dans un but de simplicité, de ne pas donner des valeurs précises quantifiées aux différents PA (par exemple : Taille de roulette : Grande = ">15cm" ; Petite = "<=15cm").

Certaines de nos contradictions seront détaillées plus bas, nous vous invitons tout d'abord à consulter nos captures d'écran ci-dessous.

Certaines images ont dues être légèrement retouchées pour qu'elles soient lisibles à l'écran. Il y a de ce fait parfois plusieurs lignes pour un même paramètre d'action.

PA1 : Volume transportable

Dans un supermarché on peut trouver des paniers, des petits chariots ainsi que des grands chariots. Le client choisit en fonction de ses besoins. Il y a donc un intérêt à avoir des chariots à petits volumes tout autant que des chariots à grand volume. On pondérera cependant en prenant en compte le fait qu'une grande majorité de clients utilisent les grands chariots.

PA2 : Matière principale du chariot 

Aujourd'hui il y a de plus en plus de chariots en plastique. Ils ne sont pas radicalement plus légers, tout comme leur solidité par rapport aux chariots métalliques. En effet, pour compenser la résistance du plastique par rapport au métal, les concepteurs de chariots ont augmenté l'épaisseur des parois, et ont disposé de nombreuses nervures pour rigidifier la structure. Donc, qu'un chariot soit en plastique ou en métal, il y a un intérêt dans chacun des deux. Les procédés de fabrication seront les plus impactés par ce choix.

PA3 : Taille des roulettes

La taille des roulettes n'est pas en soit un paramètre à valeurs pondérées également dans notre cas. En effet, on peut avoir intérêt à choisir l'une des deux valeurs, seulement on privilégiera largement la valeur "Petite". Ce choix est fait en considérant le fait que la plupart des supermarchés sont construits de sorte à ce que le sol soit plan (ou légèrement incliné vers des rigoles pour faciliter l'écoulement des eaux de nettoyage) avec un revêtement de surface suffisant pour que des roulettes d'un diamètre d'environs 10cm n'aient aucun problème à se déplacer.

PA4 : Hauteur du panier

Les valeurs données ici ne correspondent pas bien. En effet, il aurait mieux fallu mettre "Haut" ou "Bas". Ici on juge plutôt de la modulabilité de la hauteur du panier. Dans ce cas, un panier haut peu être plus simple à vider, et il est plus adaptable à tout type de personnes. Par contre, la fabrication sera plus compliquée, ce qui est un avantage pour la valeur "fixe". Dans le contexte de l'utilisation par un client de supermarché, on peut choisir rapidement la valeur "Adaptable" (=ajustable) puisque celui-ci ne paie pas pour avoir accès au service de chariots.

PA5 : Présence siège enfant

Les sièges enfants sont souvent un atout pour le chariot. En effet, ils peuvent actuellement être sorti ou non. Le siège est alors utilisable ou non. Cela dans le but de privilégier l'espace disponible, ou dans le cas d'un client ayant un enfant en bas âge de privilégier sa sécurité (entre autres).

PA6 : Forme du panier

Les paniers peuvent être de forme rectangulaire ou circulaire. Un panier de forme circulaire présente moins d'arêtes visibles et est donc moins dangereux en cas de colision avec une personne. Cependant, on perd en encombrement. Aussi, un chariot circulaire serait très maniable puisque qu'importe le sens où le client le manipule, il sera toujours dans le "bon sens".

PA7 : Roulettes (composition)

Des roulettes à bords caoutchoucteux sont plus maniable car elles adhèrents mieux au sol. Ce sera donc plus sécuritaire, plus maniable, et demandera moins d'énergie pour déplacer le chariot. Par contre, elles s'useront plus rapidement que des roulettes à bords métalliques.

III. Résolution

- Contradictons proposées

Arrivés à un certain point, TRIZ nous a permis de connaître quelles sont les contradictions les plus influantes sur l'évolution de notre produit. Ce diagramme permet surtout d'avoir une vision de l'ensemble de ces contradictions.

 

- Matrice

TRIZ présente 3 façons d'aider à résoudre une contradiction : par Méthodes de séparation, Matrice ou bien Vépole.

Une fois la contradiction à résoudre sélectionnée, on choisit donc une des 3 méthodes. Nous avons surtout utilisé la Matrice.

Tout d'abord, nous devons choisir lequel des PE nous considérons comme étant le plus proche de la fonction principale du produit (ici de la FP du caddie). Une fois cela fait, nous devons assigner 3 paramètres à ces deux PE parmis une liste de 39 paramètres techniques définis par la TRIZ. On a alors une liste des principes utilisés par d'autres concepteurs pour résoudre ce même genre de problème, classés selon leur pourcentage d'apparition dans les résolutions de problèmes passées.

 

Voici les Matrices des principales contradictions posées :

Les principes quen ous rencontrons le plus souvent sont :

- Dynamisation (principe principalement utilisé dans notre étude)

- Segmentation (très proche de la dynamisation dans notre cas, car pour rendre le chariot plus dynamique il faut segmenter de nombreux objets, nous n'en tiendrons pas compte)

- Ephemere et bon marché (l'état actuel des choses peut être considéré comme suffisament bon marché, on peut néamoins imaginer un chariot à utilisation unique, ce qui correspondrait simplement à un sachet qui est effectivement nettement plus maniable qu'un chariot)

- Changement de couleur (rendre transparent dans le but d'une meilleur visibilité des produits pourrait être intéressant)

 

- Concepts de solution

De ces matrices, on a choisi un principe que l'on veut utiliser pour notre produit, dans le but de déterminer un concept de solution.

 

Concept 1 : Chariot qui se vide sans action exigeante en énergie du client

Ce concept répond à la contradiction 9.6 : 

La dynamisation est la loi qui aura été prépondérante. En effet, comme on cherche à automatiser le tranbordement (action de rentrer ou sortir des produits du panier), il faut nécessairement rendre le chariot plus dynamique.

Nous avons donc imaginé plusieurs solutions, qui peuvent se combiner.

Solution 1 : Bras mécanique

On utilise un bras mécanique fixé à la caisse, qui va se lier par encastrement dans la face du rouleau avant. On aura alors une face (ou deux selon le nombre de bras) qui sera crantée.

Cette solution demande un aménagement conséquent.

Loi : Dynamisation et contrôlabilité

Solution 2 : Colonne de montée

On installe un bati (une "colonne") devant la caisse. Celle-ci se met en marche lorsque l'utilisateur "clipse" une barre du chariot prévue à cet effet. Cette barre est liée au rouleau avant. La pression exercée sur ce clips va le verrouiller sur la barre et enclencher la montée du rouleau par la montée de l'accroche de la colonne.

Loi : Dynamisation et contrôlabilité

Solution 3 : Chariot inclinable

Le plateau du chariot est fixé au socle de roulettes par une liaison pivot. On peut alors incliner le plateau (le lever, ou l'abaisser à l'horizontale) à l'aide d'une manivelle fixée au chariot, ou avec un autre système. La levée du plateau va entrainer la levée du panneau avant qui est lié au système de montée par un câble.

Loi : Dynamisation et contrôlabilité (+segmentation ?)

Solution 4 : Manivelle pour plateau à ruban

Un panneau arrière suit l'avance du ruban caoutchoucteux (assimilé à un tapis roulant) pour pousser les produits qui risquent de tomber ou qui n'accroche pas bien le caoutchouc. Cela peut être directement le panneau arrière du chariot, ou un panneau additionnel moins haut et en élastomère pour palier aux problèmes de rétrécissement du chariot à l'avant.

Loi : Dynamisation et contrôlabilité

 

Concept 2 : Chariot ajustable

Solution 1 : Chariot téléscopique

La structure du chariot est tubulaire. Chaque axe de la structure est fait de plusieurs tubes de diamètres différents afin de pouvoir sortir/rentrer les tubes de diamètres inférieurs dans les tubes de plus grand diamètre.

Loi : Segmentation (+ Dynamisme ?)
 
Solution 2 : Chariot à plateau sur verin
 
Le plateau du chariot serait lié au socle à roulettes par un verin ajustable en hauteur selon la préférence du client.
 

IV. Solution

- Contexte des solutions 

On réalise une étude dans le but d'améliorer l'usage pour le client de supermarché (pas pour le gérant de supermarché ou le fabricant).

Récupérer les produits à la sortie de la caisse pose problème : soit l'usager doit tourner le caddie dans l'autre sens pour faire le même genre d'opération, mais il faudrait alors aussi que la partie supérieure du ruban soit à une hauteur inférieure ou égale à celle du tapis roulant. De plus, certains usager ont pour habitude de ranger les produits dans des grands sacs à la caisse pour pouvoir les ranger dans la voiture plus facilement par la suite. Cette application présente donc moins d'intérêt.

 

- Recherche de solutions

Caddie avec cadre télescopique, et fond en ruban caoutchoucteux. Arrivé à la caisse, le ruban se vide tout seul sur la caisse par contact d'arbre d'enroulement avant . Le rouleau du caddie (celui placé à l'avant du caddie) est denté du ses faces. A la caisse, on le plug dans un bras qui correspond, qui va remonter le rouleau avant et donc tirer le ruban. Ensuite, ce rouleaux rentre en contact avec un rouleau sur la caisse (rouleau en contact avec le tapis roulant, entrainé en rotation par ce dernier), qui va alors le déplacer et vider le caddie.

 

Solutions pour le concept de solution 1 (Chariot qui se vide sans grande dépense en énergie de la part du client)

On combine les solutions 3 et 4. On rend le panier du chariot inclinable par rapport au sol en réalisant une liaison pivot entre le panier et le socle à roulettes. Une manivelle déclenche le mouvement d'inclinaison, ainsi que le mouvement de montée du panneau avant. Une fois le plateau incliné au maximum (valeur déterminée), la rotation de la manivelle entraine la translation du panneau arrière vers l'avant du chariot, afin de pousser tous les produits.

De ce fait, on peut alors choisir 2 solutions différentes pour le plateau du panier :

- un plateau sous forme de plaques lisses (lisses pour éviter qu'un produit ne se coince lors de l'avance du panneau arrière) ou d'une structure avec une surface lisse (pas quadrillée) comme par exemple un ruban en caoutchouc fixé sur un plateau quadrillé.

- un ruban en caoutchouc assemblé autour de 2 rouleaux à l'avant et à l'arrière, ruban qui fonctionne comme un tapis roulant pour déplacer les produits vers l'avant du chariot. ce ruban serait actionné en même temps que le panneau arrière.

 

Solutions pour le concept de solution 2 (chariot de taille ajustable)

Chariot téléscopique.

 

- Solution choisie

Sans motorisation (action manuelle du client) :

Voici un schéma simplifié de la solution réalisé par nos soins :

Ce chariot comprend donc 6 systèmes principaux, dont 5 nouveaux :

- Le socle pour roulettes (déjà présent avant)

- Une liaison pivot pour incliner le plateau

- Un panneau avant

- Des rails pour diriger le panneau arrière, ainsi que le panneau arrière supplémentaire

- Un plateau à ruban ou à plaques (soit on utilise un plateau à ruban, qui fonctionnerait de paire au panneau arrière de la même manière qu'un tapis roulant, soit on utilise seulement des plaques rigides)

Certains de ces systèmes sont liés à la manivelle par des câbles et poulies. Seulement, on doit d'abord lever le chariot avant de pousser les produits sur la caisse. On aura donc une manivelle un peu arrangée à cet effet, comme suit :

 

Dans cette solution nous n'avons pas intégré le chariot télescopique. Il serait pourtant intéressant de le faire. Seulement, cela rajouterai peut être trop de dynamisme au chariot de supermarché, pour une utilité pas forcément primordiale.

V. Conclusion

Ce module électif "Initiation à l'ingéniérie de l'innovation" nous a permis de nous familiariser avec le logiciel STEPS fonctionnant à l'aide de la TRIZ.

Nous avons cherché un sujet, nous l'avons analysé et en avons sorti des concepts de solution, orientés par STEPS et donc la TRIZ.

 

Cette théorie avance que la recherche d'innovation en terme technique peut être réalisée par une approche systématique.

 

VI. Références

https://fr.wikipedia.org/wiki/TRIZ

- http://triz-experience.blogspot.fr

Pour plus d'infos, voir notre fichier STEPS : LienGoogleDrive

 

 

 

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