Processus et méthodes pour la résolution de problèmes interdisciplinaires et pour l'intégration de technologies dans des Domaines fortement Basés sur la Connaissance

par Malte Schofer

Thèse de doctorat en Conception

Sous la direction de Améziane Aoussat et de Nicolas Maranzana.

Soutenue le 10-04-2015

à Paris, ENSAM , dans le cadre de École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris) , en partenariat avec Laboratoire Conception de Produits et Innovation (LCPI) (laboratoire) et de Laboratoire Conception de Produits et Innovation (laboratoire) .

Le président du jury était Emmanuel Caillaud.

Le jury était composé de Améziane Aoussat, Nicolas Maranzana.

Les rapporteurs étaient Lucienne T.M. Blessing, Joost Duflou.


  • Résumé

    Les principaux enjeux technico-scientifiques du 21ème siècle sont caractérisés par une interdisciplinarité et une convergence des technologies de plus en plus importantes. L'évolution des produits et services basés sur la bio- et la nanotechnologie sont parmi les exemples les plus connus. Il manque cependant des processus et des méthodes permettant d'organiser et de structurer la résolution de problème dans des environnements interdisciplinaires – ce terme faisant ici référence à la collaboration entre ingénieurs et chercheurs scientifiques.Ainsi, la question de recherche de ce travail de doctorat est la suivante :Comment soutenir et faciliter la résolution créative de problème interdisciplinaire et l'intégration des technologies dans des domaines basés sur la connaissance ?Pour répondre à cette question, trois hypothèses ont été formulées :La première hypothèse suggère que la composition d'un groupe en terme de disciplines (groupe multi- ou monodisciplinaire) a un impact sur le processus de résolution de problème en groupe ainsi que sur les résultats de ce processus.La deuxième hypothèse suggère un impact du support méthodologique sur le processus de résolution de problème en groupe ainsi que sur les résultats de ce processus.La troisième hypothèse suggère quant à elle que les concepts et notions clés des méthodes analytiques comme TRIZ et USIT peuvent être utilisés dans un processus d'intégration de technologie et peuvent soutenir ce processus.Les deux premières hypothèses ont été testées et validées par une expérimentation dans laquelle des groupes mono- et multidisciplinaires devaient générer des solutions pour un problème complexe en utilisant des méthodes intuitives ou analytiques. Alors que la composition de groupe impacte principalement les aspects quantitatifs et qualitatifs des solutions proposées, le support méthodologique influence quant à lui le processus de résolution de problème ainsi que les aspects qualitatifs des solutions. Plus important, l'impact des méthodes semble être dépendant de la composition des groupes.Pour tester la troisième hypothèse, les résultats de la première expérimentation ont été utilisés pour générer un modèle permettant de structurer la recherche et l'intégration d'une ou plusieurs technologies dans le cadre du développement de nouveaux produits. Ce modèle, qui intègre des méthodes et outils provenant de différentes méthodologies, a été testé par des ingénieurs lors d'une étude de cas industrielle dans le secteur des roulements à bille. L'évaluation du modèle montre qu'il semble faciliter le transfert de connaissance et améliorer la créativité des concepts développés comparé aux approches déjà existantes. En ce qui concerne l'effort nécessaire pour l'apprentissage et la mise en œuvre du modèle développé, les performances sont comparables à celles obtenues avec les méthodes préexistantes.Les résultats de ce travail sont particulièrement intéressants pour les équipes de la R et D et leur management dans les secteurs de la haute technologie ainsi que dans des domaines à l'interface entre l'ingénierie et les sciences naturelles. Le modèle développé est actuellement appliqué dans une démarche d'open innovation dans le secteur de la pharmacologie.

  • Titre traduit

    Processes and Methods for Interdisciplinary Problem Solving and Technology Integration in Knowledge-intensive Domains


  • Résumé

    Most of the major technological challenges of the 21st century like e.g., reduction of greenhouse gas emission and sustainable energy supply, but also the bio- and nano-technological revolutions require intensified collaboration between different disciplines of engineering design as well as of natural science.The present Ph.D. research tries to provide some insight into the questions of• How to provide methodological support for creative problem solving in interdisciplinary groups composed of engineers and natural scientists?• How to support the process of the integration of a technology originating from a knowledge-intensive domain in order to solve a given design problem?The literature analyzed relevant aspects on several systemic levels (global, institutional, team-, individual and problem- perspective).The review allowed highlighting problems related to both, the activity as such as well as to the methods which seem a priori appropriate to support it. In this regard, incoherent interpretive schemes and majority influence are examples for the former and performance drawbacks as well as learning difficulties associated to hierarchical methodologies are instances of the latter.Based on the results of the literature review, two experiments were conducted.The first experiment inquired into the impact of disciplinary group composition (H1) as well as of the applied methodology (H2) on the creative group problem solving process and its outcomes.In a laboratory experiment 60 participants, 45 with a life science background and 15 with a mechanical engineering background were trained either in instances of intuitive approaches (Brainstorming, Mind Mapping) or in analytical, hierarchical methodology (TRIZ/USIT). Then, they had to solve an ill-defined medical problem in either mono- or multidisciplinary teams. The creative process as well as the output was documented using questionnaires and documentation sheets. Further the output was evaluated quantitatively by two domain experts before it was categorized qualitatively.Statistical analyses (ANOVA, Correlation parameters and Attraction rates), to a certain extent, support H1 and H2. More importantly however, the experiment shows differences related to method performance in general and as a function of disciplinary group composition in particular.The second experiment investigated whether concepts of TRIZ and its derivatives ((A/U)SIT) are appropriate to provide support for the process of technology integration before the background of an industrial NCD/NPPD process (H3).In order to test this hypothesis a model was developed which allows the identification and resolution of problems which typically appear during the integration of a specific technology into a given application. The model incorporates two of the most important concepts of TRIZ, and is sought to facilitate creative problem solving attempts in both, mono- and multidisciplinary teams.The said model was tested during an industrial NCD study in the roller bearing industry. After the case study, the participating engineers were asked to compare the applied model and the associated technology integration process with existing approaches used in the company.The results of the experiment point to superior performance of the presented model in terms of knowledge transfer-related and idea quality-related criteria. However, required resources for process conduction and necessary effort for the learning of the approach were considered comparable to existing approaches.The present Ph.D. work contributes to the understanding of creative problem solving in interdisciplinary groups in general and related to technology integration in particular. Especially the comparison of more pragmatic intuitive methods with more hierarchical analytical approaches depending on disciplinary group composition provided relevant insight for R&D processes.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Arts et Métiers ParisTech. Centre d'enseignement et de recherche. Bibliothèque.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.