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Évaluer une solution ou un prototype

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Objectifs
  • Comprendre l’intérêt de l’évaluation d’une solution ou d’un prototype lors d’un projet.
  • Connaitre les méthodes d’évaluation, savoir quand les mettre en œuvre et comment analyser leurs résultats.
Points clés
  • L’évaluation se base sur le cahier des charges, présenté sous forme de diagramme SysML des exigences.
  • La simulation permet de valider une solution technique lors des phases de conception. On analyse alors l’écart attendu-simulé.
  • L’expérimentation permet de valider une solution technique ou une maquette/prototype, une fois réalisée. On analyse alors l’écart attendu-mesuré.
Pour bien comprendre
  • Projet
  • Organisation d’un projet selon une méthode itérative
  • Les modèles multiphysiques
1. Projet et évaluation
a. Projet, client et besoin
Les clients (la société, une entreprise, un particulier, etc.) ont des besoins. Ces besoins servent de point de départ aux projets technologiques : l'objectif final du projet est de satisfaire un besoin.

La satisfaction du besoin passe par la matérialisation des idées et des solutions techniques imaginées par l'équipe projet.

Cette matérialisation résulte d'un processus, qui comporte plusieurs phases, dont notamment les phases de conception et les phases de transition.

Phases de conception

Au cours des phases de conception, on est amené à chercher de nouvelles idées et solutions techniques pour satisfaire le besoin ou compléter une fonctionnalité du produit.

Phases de transition

Au cours des phases de transition (dans le cadre des méthodes de pilotage de projet itératives), on doit déterminer si une partie (ou l’ensemble) de la maquette/prototype mise au point fait bien ce qu'elle doit faire : réalise-t-elle correctement une fonctionnalité ? satisfait-t-elle le besoin ?

Rappels
  • Avec l'approche itérative, un projet est une suite de cycles qui s'enchainent. Chaque cycle comporte 4 phases : imprégnation, conception, réalisation et transition.
  • Chaque cycle permet d'apporter une nouvelle fonctionnalité au produit, ou de travailler sur un aspect particulier du produit, comme sa forme ou sa structure.
    La structure d'un cycle
  • La phase de transition est la dernière phase des cycles qu'on trouve dans les méthodes de pilotage de projet itératives, comme les méthodes agiles. La phase de transition consiste à finaliser une fonctionnalité, à l’intégrer dans le produit, puis à préparer le passage au cycle suivant. La fonctionnalité est évaluée lors de la phase de transition, afin de valider le cycle.

b. L'évaluation

Durant certaines phases du projet, il est essentiel d'être en mesure d'évaluer son travail.

  • Au cours des phases de conception, il est utile d'avoir un moyen d'évaluer les idées qu’on a trouvées, sachant qu’à ce stade elles n’ont pas encore été mises en œuvre au sein d'une maquette ou d'un prototype.
  • Au cours des phases de transition, il est nécessaire d'avoir un moyen d'évaluer une partie (ou l’ensemble) d’une maquette/prototype qu’on a physiquement réalisée. Les résultats de cette évaluation permettent de savoir si des actions correctives sont nécessaires.

Cela va amener l'équipe projet à se servir de deux outils d'évaluation :

  • la simulation, pour évaluer une solution technique imaginée, ou un produit qui n'existe pas encore ;
  • l'expérimentation, pour évaluer une partie (ou l’ensemble) d’une maquette/prototype déjà réalisée.
2. Les performances attendues
a. Cahier des charges
Le cahier des charges est un document réalisé en début de projet, il rassemble toutes les exigences du produit à créer.

Les solutions techniques, maquettes et prototypes sont évalués par rapport à une référence. Cette référence est le produit attendu en fin de projet, d'après ce qui est décrit dans le cahier des charges. Le cahier des charges est rédigé durant une réunion qui rassemble le client et l'équipe projet.

Cette réunion suit les étapes suivantes.

  1. Le client explique ce qu'il souhaite, il exprime son besoin.
  2. L'équipe projet analyse ce besoin et le transforme, en accord avec le client, en fonctionnalités et contraintes.
  3. Les fonctionnalités et contraintes sont ensuite formalisées, ce qui donne le cahier des charges.
Remarque
Dans le cadre de la SI, cette réunion de début de projet n'est pas à faire, elle a déjà été effectuée par l'enseignant, qui donne directement le cahier des charges. Il faut à la place analyser et comprendre le cahier des charges, et s’imprégner des objectifs du projet.
b. Diagramme SysML des exigences
Le cahier des charges est présenté sous la forme d'un diagramme SysML des exigences.

Ce diagramme comporte des blocs et des liaisons.

Les blocs

Les blocs sont appelés exigences.

Les exigences représentent les fonctionnalités qu'on attend du système, ou les contraintes qu'il doit respecter.

Chaque bloc possède :

  • un titre, qui permet de nommer la fonctionnalité/la contrainte ;
  • un identifiant numérique unique ;
  • une description textuelle, avec parfois des données numériques qui permettent de qualifier l'exigence.
Les liaisons
Les liaisons indiquent les relations entre certaines exigences.

On peut notamment trouver des liaisons d'inclusion (symbolisées par un cercle entouré d'un +), qui relient une exigence principale avec une sous-exigence qu'elle inclue.

Chaque sous-exigence correspond généralement à une fonctionnalité du produit.
Remarque
Le SysML, System Modeling Language, est un langage de modélisation graphique qui permet de décrire la structure, le fonctionnement et le comportement d'un produit. Il comporte plusieurs autres diagrammes, comme le diagramme de séquence ou le diagramme des cas d'utilisation.
Exemple
Voici un extrait du diagramme SysML des exigences d'un distributeur de nourriture automatisé pour animal de compagnie. On retrouve une exigence principale « Distribution Automatisée », avec un identifiant numérique unique « 1 » et sa description textuelle.

Cette exigence comporte 4 sous-exigences, qui représentent les 4 fonctionnalités à réaliser afin d’assurer la distribution automatisée.
On trouve par exemple les fonctionnalités « Vitesse de distribution » et « Condition de distribution ».
Extrait du diagramme SysML des exigences
d'un distributeur de nourriture automatisé
3. Les méthodes d'évaluation
a. Utiliser la simulation
La simulation
Un modèle est une représentation d'un objet réel ou d'un phénomène physique. Simuler, c'est tester un modèle dans des conditions données. Ces conditions sont appelés paramètres de la simulation.
Évaluer une solution technique

La simulation permet, dès les phases de conception, de tester une solution technique.

En comparant les résultats de simulation aux exigences du cahier des charges, on met en évidence l'écart attendu-simulé. On évalue ainsi chaque solution technique, relativement à ce que le produit devrait être capable de faire. On peut ainsi juger si la solution technique peut être retenue, ou si elle doit être rejetée.

Comparer des solutions techniques

La simulation permet aussi de comparer plusieurs solutions concurrentes qu’on a envisagées, pour ne retenir que la ou les meilleures. La simulation permet finalement un gain de temps, en identifiant et en rejetant rapidement les solutions non valides, et en hiérarchisant les solutions valides.

Exemple
Lors d'un projet d'amélioration d'une voiture télécommandée, le cahier des charges impose que la voiture atteigne au moins 30 km/h en vitesse de pointe, et qu'elle dépasse les 20 km/h dès la première seconde.

On utilise un modèle multiphysique de la voiture, qui permet d'évaluer 4 idées de modification sur la motorisation et la transmission qu'a eues le groupe.

  • Les idées 2 et 4 sont rejetées, car la vitesse de 20 km/h n'est pas encore atteinte au bout d'une seconde.
  • L'idée 3 est rejetée, car la vitesse de pointe stagne à environ 28 km/h.

La simulation permet de ne retenir que l'idée 1, et de se concentrer dessus pour la suite du projet.

Remarque
Quelques logiciels de simulation courants en SI sont :
  • MATLAB pour la simulation de modèles multiphysiques ;
  • SolidWorks et ses modules de simulation pour la simulation de pièces ou d’assemblages mécaniques ;
  • Tinkercad pour la simulation des parties électroniques réalisées autour de cartes Arduino.
Tester un produit dans des conditions particulières

La simulation permet également de tester le comportement d'un produit dans des conditions particulières.

  • Dans des conditions extrêmes, difficilement reproductibles en laboratoire, mais que le produit pourrait rencontrer.
  • Dans des conditions de test destructives pour le produit.
b. Utiliser l'expérimentation
L’expérimentation
Une expérimentation est un processus qui permet de tester un objet ou une partie d'un objet. Elle se base sur un protocole expérimental. Un protocole expérimental est un mode opératoire (une suite d'étapes) à réaliser pour mener l'expérimentation.
Évaluer une fonctionnalité

L'expérimentation permet, durant les phases de transition, d'évaluer une partie d’une maquette/prototype, après sa mise en œuvre.

En comparant les résultats de l’expérimentation aux exigences du cahier des charges, on met en évidence l'écart attendu-mesuré.
On peut ainsi juger si une fonctionnalité donnée est satisfaite. Si ce n'est pas le cas, il faudra analyser le problème, puis si possible le corriger.

Évaluer l’intégralité de l’objet

Une série d'expérimentations peut aussi être menée en fin de projet, ou dès qu’on obtient une maquette/prototype relativement avancée et fonctionnelle. La comparaison ne se fait plus sur une seule fonctionnalité, mais sur l'intégralité du produit.

On contrôle alors, de manière générale, l'écart entre la maquette/prototype et le cahier des charges. Cela permet de vérifier si le besoin exprimé en début de projet est satisfait, et de faire un bilan sur l'avancée et la réussite du projet.

Exemple
Lors d'un projet d'amélioration d'une voiture télécommandée, le cahier des charges impose que la voiture atteigne au moins 30 km/h en vitesse de pointe, et qu'elle dépasse les 20 km/h dès la première seconde.

On vient de terminer la mise en place d'une solution technique qu'on avait imaginée et validée par simulation. On a maintenant une voiture radiocommandée testable pour réaliser une expérimentation.

Le protocole expérimental vise l'évaluation de deux fonctionnalités :
  • « vitesse de pointe » ;
  • « vitesse au bout d'une seconde ».

On suit pour cela les étapes suivantes.

  1. On filme le déplacement de la voiture télécommandée, quand elle accélère, sur un sol quadrillé.
  2. On utilise ensuite un logiciel d'analyse vidéo pour mesurer précisément la position de la voiture en fonction du temps.
  3. On calcule enfin la vitesse de la voiture, au bout d'une seconde et quand elle se stabilise.

En appliquant ce protocole, on détermine que la vitesse de pointe est de 31,5 km/h et que la vitesse atteint 23,5 km/h au bout d'une seconde. Les deux fonctionnalités ont bien été atteintes. On peut valider notre solution technique.

Remarque
À ce stade, on peut aussi évaluer la qualité du modèle qu’on avait utilisé pour simuler la vitesse de la voiture. On compare pour cela les résultats de la simulation et les résultats de l’expérimentation. On obtient alors l’écart simulé-mesuré. Plus il est faible, meilleur est le modèle.
Les trois types d'écarts analysables en sciences de l'ingénieur

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