Contribution à la modélisation multi-physique des systèmes complexes dans un contexte de DFX : application à la conception de micro-mécanismes

par Jean-Sébastien Klein Meyer

Thèse de doctorat en Systèmes mécaniques et matériaux

Sous la direction de Lionel Roucoules.

Soutenue en 2008

à Troyes , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube) .

mots clés

• Conception technique
• Ingénierie des systèmes
• Ingénierie assistée par ordinateur
• Conception technique simultanée
• Systèmes microélectromécaniques
• Simulation, Méthodes de

Résumé

Nous proposons dans ce mémoire une méthode pour assister le concepteur dans le choix des technologies. Nous proposons d’enrichir les liens entre les spécifications fonctionnelles du produit et les technologies. La liaison entre ces deux concepts se fait par le biais des principes physiques. Nous proposons un modèle basé sur les relations entre Fonction, Principe Physique et Technologie (FPPT). Nous rentrons dans le détail de ce modèle en précisant minutieuse-ment le processus de création, les entités com-posant le modèle FPPT et les paramètres fonc-tionnels, physiques et technologiques qui y apparaissent. Ils permettent de renforcer les liens et de justifier les choix de conception. Ils peuvent être utilisés pour simuler, très tôt dans le processus de conception, le comportement des solutions choisies. Le modèle FPPT prend en compte les différen-tes limites physiques ou technologiques impo-sées par la physique ou la technologie. Ces limites sont notamment utiles pour la concep-tion de MEMS. Nous verrons à travers un exemple (la conception d’un micro interrupteur électrique) comment la méthode FPPT s’intègre dans l’ensemble de l’approche DFX. Nous verrons également comment les informa-tions apportées par le modèle FPPT et ses pa-ramètres peuvent être utilisés pour réaliser des calculs plus complexes : optimisation multi dis-ciplinaire (MDO) ou analyse de la robustesse. Enfin, nous présentons les spécifications et le développement d’un démonstrateur informati-que (système KBE) implémentant le modèle FPPT

Titre traduit

Contribution to multi physical representation of complex systems into a DFX context : contribution to MEMS design

Résumé

We propose in this PhD a method to assist the designer in the choice of multi-physical tech-nologies. We propose to improve the link be-tween functional requirements of a product and technologies. This link between those two concepts is made owing to physical principles. We propose a model based on relationships between Function, Physical Principle and Tech-nology (FPPT). We present in detail this model by describing the process of creation, the enti-ties that composed the FPPT model and the functional, physical and technological parame-ters. Those parameters also support the link and help to assess the design choices. They can be use to simulate the behaviour of a design alternative very early in the design process. The FPPT model takes into account physical and technological limits issued from the physics or the technology solutions. Those limits are espe-cially useful for MEMS design. We present, trough an example (the design of a MEMS switch), how the FPPT model is integrated into a DFX approach. We also present how information given by the FPPT model and how the parameters can be used to realise more complex simulation: Multi Disciplinary Optimisation (MDO) or robustness analyses. Finally we present the specifications and the development of a software demonstrator (KBE system) to implement the FPPT model