Aligning cognitive processes with the design process in a University-based digital fabrication laboratory (Ub-Fablab)

par Vomaranda Joy Botleng

Thèse de doctorat en Automatique, Productique, Signal et Image, Ingénierie cognitique

Sous la direction de Stéphane Brunel et de Philippe Girard.

Le président du jury était Pascale Pomares Brandt.

Le jury était composé de Stéphane Brunel.

Les rapporteurs étaient Benoît Eynard, Jean-François Boujut.

  • Titre traduit

    Harmoniser les processus cognitifs avec le processus de conception dans un laboratoire de fabrication numérique universitaire (Ub-Fablab).


  • Résumé

    Le concept de Laboratoire de Fabrication Digitale (Fablabs) est au départ, une plateforme de prototypage industriel pour les entrepreneurs locaux. Elle est introduit rapidement dans le domaine de l'éducation et sert de plus en plus souvent de plate-forme pour l'apprentissage et l'innovation.Avec l'impact actuel des technologies numériques au sein des sociétés, des organisations telles que le Conseil national de recherches (CNR) appellent le secteur de l'éducation à se tourner vers les compétences du 21ème siècle, tandis que le secteur industriel repense la conception et la production afin d’assurer la durabilité (y compris l'éco-conception et l'économie circulaire) et adopter les dernières technologies intégrées dans l’entreprise 4.0.Les plateformes « Fablab » implantées dans les universités (Ub-Fablabs) pourraient donc jouer un rôle essentiel en tant que «plateforme de support» pour répondre à ces demandes.Etant donné qu’il y a eu très peu ou pas de recherche sur les capacités de Ub-Fablabs pour répondre à ces demandes, cette recherche a adopté une double approche :1) étudier et aligner les compétences cognitives, affectives et psychomotrices y compris les compétences opérationnelles (en matière de logiciels, de notion de mécanique, d’électricité et de systèmes embarqués, …) intégrées dans le processus de conception d'Ub-Fablabs.2) Évaluer la capacité d'Ub-Fablabs à préparer les citoyens aux futures évolutions dans la conception et la production.Dans la partie 1 de la recherche, le chercheur a observé de près la conception et la production d'une machine servant à écraser des roches (RMM) pour laquelle l'utilisation d'une gamme de technologies (bois, pierre et matériaux synthétiques) ont été requises.Les activités de conception et de production ont été enregistrées à l'aide de notes de terrain, d'enregistrements vidéo et de photographies. Pour garder la trace des activités de conception et de production, un modèle de processus de conception itératif, le «modèle de conception de Nawita» (NDPM) a été développé et utilisé.Les données ont été analysées à l'aide d'une analyse de protocole adaptée et les résultats ont été représentés graphiquement.Les résultats ont montré que matérialiser les idées créatives incubées dans la phase 1 du NDPM a déclenché un pic étonnant de compétences cognitives, affectives et psychomotrices dans les étapes 2, 3 et 4 du NDPM. Ces processus et compétences ont sans aucun doute constitués des compétences requises au 21ème siècle.Dans la partie 2 de la recherche, une analyse adaptée des contenus en ligne a été utilisée pour collecter des données provenant de 90% des Ub-Fablabs dans le monde.Une échelle d'indicateurs de capacité Ub-Fablab (Ub-Fablab CIS) a été développée et utilisée pour évaluer quatre aspects potentiels d'Ub-Fablab. Cette échelle est une aide à la compréhension du processus de création. La plate-forme support incite les esprits proactifs à une meilleure intégration des processus de conception et de production.Ces composants sont: i) Infrastructure technologique; ii) Approche pédagogique constructiviste; iii) Collaboration à travers le réseautage numérique et iv) durabilité (y compris l'éco-conception et l'économie circulaire).Les résultats ont révélé que tous les Ub-Fablabs ont une position forte dans la fourniture d'infrastructures technologiques et une forte approche pédagogique constructiviste, mais peuvent avoir besoin d'améliorer leur capacité de collaboration à travers le réseautage et la restauration de la durabilité.Les résultats de cette recherche fournissent une solide réputation pour les Ub-Fablabs à être utilisés pour augmenter les efforts afin d’équiper les citoyens avec des compétences du 21ème siècle et inciter les esprits proactifs à une meilleure intégration et employabilité.


  • Résumé

    The concept of Digital Fabrication Laboratories (Fablabs), initially an industrial prototyping platform for local entrepreneurships is rapidly finding its way into the education arena and used as a platform for learning and innovation. With the current impact of digital technology on the societies, there are calls from organizations like the National Research Council (NRC) for the education sector to cater for the so-called 21st Century Skills, while the industrial sector to rethink design and production in order to cater for sustainability (inclusive of eco-design and circular economy) and to embrace the latest technologies in preparation for the Industries 4.0. Fablab platforms established in universities (Ub-Fablabs) could therefore play a vital role as a ‘support platform’ to meet these demands.Since there has been very little or no research into the capacities of Ub-Fablabs to meet these demands, this research took a two-fold approach toi) investigate and align cognitive, affective and psychomotor skills (inclusive of mechanical, electrical and embedded software operational skills) embedded in the design process in Ub-Fablabs.ii) assess the capacity of Ub-Fablabs to prepare citizens for the future design and production industries.In part 1 of the research, the researcher closely observed the design and production of a rock milling machine (RMM) where utilisation of a range of wood, stone and synthetic materials technologies were displayed. The design and production activities were recorded using field notes, video-recording and still photography. To keep trace of the design and production activities, an iterative design process model, the ‘Nawita Design Process Model (NDPM) was developed and utilised. Data was analysed using an adapted protocol analysis and results were graphed using pie and bubble-chart graphing. Results showed that materialising the creative ideas incubated in stage 1 of the NDPM unleashed a stunning peak of cognitive, affective and psychomotor skills in stages 2, 3 and 4 of NDPM. These processes and skills are undoubtedly constituted of the 21st Century Skills.In part 2 of the research, an adapted online content analysis was used to collect data from 90% of the Ub-Fablabs worldwide. An Ub-Fablab Capacity Indicator Scale (Ub-Fablab CIS) was developed and used to score on four potential aspects of Ub-Fablab if it has to be used as a support platform to incubate proactive minds for the future integration of design and production industries. These components are i) Technological infrastructure; ii) Constructionist pedagogical approach; iii) Collaboration through digital networking and iv) sustainability (inclusive of eco-design and circular economy). Results revealed that all Ub-Fablabs have a strong stand in providing technological infrastructures and a strong constructionist pedagogical approach, but may need to improve on its capacity for collaboration through networking and catering for sustainability.The findings of this research provides a strong standing for Ub-Fablabs to be utilised to augment efforts to equip citizens with 21st Century skills and incubate proactive minds for the future integration of design and production industries


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