Le modèle FFF : Form-Fit-Function

Vous avez été nombreux (?) à voir mon embarras dans le billet précédent pour manipuler les concepts de forme et d’interface de la maquette numérique.

Le problème est que je suis naturellement déformé par ce que proposent les modeleurs en CAO mécanique, soit finalement des opérations de construction et de modification de la géométrie d’un objet alors que l’objectif de la modélisation d’une maquette numérique est de décrire les principes de fonctionnement d’un système. Je suis « attiré » par la forme géométrique, et par la mécanique.

C’est donc le moment de passer un niveau d’abstraction, qui, comme d’habitude en approche systémique, correspond à une recomposition (et non pas à une décomposition).

Recomposons donc notre modèle, que j’appelerai « modèle FFF » en deux modèles au niveau d’abstraction inférieur:

• un modèle FORME GEOMETRIQUE, dont l’objectif est de décrire la géométrie du modèle FFF
• un modèle INTERFACE MECANIQUE, dont l’objectif est de décrire l’interface au sens de la mécanique, familier pour les mécaniciens.

Ces deux modèles sont connectés de façon à réaliser l’objectif du modèle FFF, qui est, rappelons le, de décrire un principe de fonctionnement mécanique.

Ce principe de fonctionnement mécanique (cette fonction mécanique) est une émergence du modèle FFF, une caractéristique supplémentaire du modèle liée à l’ organisation du niveau d’abstraction inférieur.

Modèle FFF (Form-Fit-Function)

Au niveau d’abstraction supérieur, un système composé de sous-systèmes sera modélisé de la façon suivante :

Connections entre modèles FFF

En gardant le seul niveau d’abstraction des modèles FFF:

Système avec modèles FFF

La maquette numérique : objet ou système ?

Je profite du billet précédent sur la maquette numérique pour livrer quelques réflexions sur cette question apparemment triviale, quelles sont les différences entre un objet et un système ?
En effet, on pourrait penser que, en suivant une méthode de modélisation « orientée objet », que tout est objet (c’est une classe de base en java, par exemple), et que le système est un objet. Précisons alors que le sens du mot objet est en fait « objet de modélisation », et non pas objet « ce que j’examine, moi observateur ».

Décomposition d’objet, recomposition de système

Notre éducation occidentale nous a appris à considérer ce que l’on étudie, le phénomène, comme indépendant de nous, observateurs : on isole le phénomène de l’observateur, le phénomène est objet, posé devant (ob-jactus). Nous sommes convaincus que pour étudier un objet, il faut le décomposer en objets plus petits, étudier les objets plus petits, et recommencer jusqu’à ce qu’on trouve la solution de chacun des objets : on décompose un problème compliqué en problèmes plus simples à résoudre.
Si l’on reprend l’exemple du billet précédent, la maquette numérique, c’est ce que l’on fait « intuitivement » : on décompose la forme de l’ensemble en ensemble de formes plus petites. En représentant cette décomposition de façon arborescente, on obtient la structure de décomposition du produit qui est la référence du bureau d’études (en anglais, Product Breakdown Structure, PBS).

Structure de décomposition produit

En vision imbriquée niveaux par niveaux, on obtient le schéma du billet précédent, celui de la maquette numérique avec les formes seules.

Maquette numérique - Structure de décomposition produit

Qu’est-ce qu’il manque ? les interfaces.  Où sont-elles passées ? Dans la décomposition. Elles sont pourtant essentielles au principe de fonctionnement du phénomène étudié. Mais effectivement, en décomposant, on a simplifié et le phénomène, et son étude.

Voilà une différence importante entre un objet et un système : lorqu’on considère un phénomène comme un objet, on obtient sa composition par DE-composition. Lorqu’on considère un phénomène comme un système, on obtient sa composition par RE-composition.

La recomposition d’un système permet de conserver ce qui fait sa richesse : les sous-systèmes qui le composent sont en interaction entre eux.

Exemple du système vis-écrou

Prenons l’exemple simple d’un système vis-écrou.

Si l’on considère le système vis-écrou comme un objet, sa maquette numérique sera celle qu’on retrouve souvent modélisée ainsi:

Maquette numérique de l'objet vis-écrou

Si l’on considère le système vis-écrou comme un système, sa maquette numérique devrait-être modélisée ainsi:

Maquette numérique du système vis-écrou

Assemblage système de maquettes numériques

Assemblons 4 systèmes : une vis, une plaque, un support, un écrou. Avant assemblage, nous avons quatre maquettes numériques.

quatre maquettes numériques avant assemblage

L’assemblage consiste à « fusionner » les environnements et les interfaces en respectant les critères FFF. En assemblant, on monte de niveau d’abstraction, du niveau des vis, écrou, plaque, support, on passe au niveau assemblage par recomposition.

Maquette numérique de l'assemblage avec niveau d'abstraction inférieur détaillé

Et en ne gardant que le niveau d’abstraction de l’assemblage :

Maquette numérique de l'assemblage

Pourquoi construire une maquette numérique ?

Quand on conçoit aujourd’hui un système mécanique, on crée une maquette numérique en 3D de ce système à l’aide d’un modeleur, un logiciel appelé CAO, conception assistée par ordinateur.

C’est ce que l’on fait aujourd’hui, hier on faisait des plans sur calque avec un crayon et une gomme, avant-hier on devait le faire sur un autre support (sable, rocher, tablette, papyrus, parchemin, que sais-je ?) avec le doigt, un burin, un calame ou une plume…

La question est : pourquoi fait-on ceci ?

Il faut aussi dire que je suis aujourd’hui très influencé par une méthode de pensée que j’ai redécouverte, la méthode systémique, le raisonnement par les systèmes. J’en reparlerai certainement dans d’autres billets plus tard.

Nous ne pouvons avoir accès à une connaissance que par l’intermédiaire de matérialisation de cette connaissance dans un certain but, par la modélisation. Peut-être un jour nous serons capables de nous brancher en direct sur le cerveau de nos collègues pour échanger de la connaissance sans passer par la matière, mais pour le moment, ce n’est pas possible. Donc nous construisons un modèle à partir d’une matière inerte, nous l’organisons de façon à y inclure de la connaissance. Ainsi nous écrivons des textes, nous dessinons des schémas, nous peignons des tableaux, nous discutons, même, avec des sons, enfin nous modélisons en permanence pour échanger des bouts de connaissance.

La maquette numérique est l’un des modèles que nous construisons en mécanique pour échanger le principe de fonctionnement du système que nous concevons. C’est la vue fonctionnelle du système mécanique.

La maquette numérique permet à la fois de transmettre le principe de fonctionnement du système et aussi dans certains cas de le simuler numériquement, sans être obligé de construire un modèle réel, une maquette physique.

Une maquette numérique de systèmes est recomposée des maquettes numériques de ses sous-systèmes. Cette recomposition n’est pas une décomposition, comme on le pense souvent : en effet la recomposition tient compte des connections entre sous-maquettes, la matière est convexe, le recouvrement de matière est impossible. Chaque sous-maquette est dépendante des autres, elle est connectée aux autres.

Le jeu de connections entre sous-maquettes est l’interface fonctionnelle, qui est aussi caractérisée par un jeu, sans quoi le système ne fonctionne pas, il est bloqué. Le critère de satisfaction fonction réalisée par la forme compte tenu d’une interface à jeu est appelé critère FFF (Form-Fit-Function). Si une sous-maquette satisfait à un  critère FFF,  elle peut être remplacée par une autre sous-maquette qui satisfait le même critère FFF. On dit que les sous-maquettes en question sont interchangeables, et le critère FFF est le critère d’interchangeabilité.

Maquette numérique

Pour un modeleur CAO, la difficulté de construire et manipuler un tel modèle vient d’implémenter à la fois la relation de composition entre niveaux et les relations FFF par l’intermédiaire des interfaces.
Souvent, les modeleurs du commerce ne permettent de modéliser que les formes, on retrouve alors la vision classique de décomposition niveau par niveau d’une forme de base, la structure ensemble/sous-ensembles/pièces. Cette modélisation est correcte au sens de la forme, mais la modification d’une forme terminale ne sait pas se propager aux autres formes de même niveau, et l’on doit effectuer la mise à jour à la main.

Maquette numérique sans interfaces

Certains modeleurs permettent de représenter les relations avec les interfaces en considérant que les interfaces sont des formes elles-mêmes (modélisation par squelette).
A ma connaissance, aucun modeleur géométrique ne possède un objet « interface » et de relation FFF entre des pièces et une interface.

Bonjour!

Ca y est, je me suis décidé. Je n’ai pas l’habitude d’étaler mes états d’âme en public, je suis plutôt d’une nature réservée. Mais la tentation était trop forte, alors j’y vais, on verra bien à l’usage.

On fait cela en français ou en anglais ? Bien sûr, il vaudrait mieux en anglais, mais j’ai un faible pour ma langue maternelle, donc tant pis pour ceux qui ne comprennent pas le français, ils n’auront pas cette chance de pouvoir commenter mes billets.

Mon idée première est de parler de mes préoccupations du moment, je suppose que cela ne va pas forcément être intéressant pour tout un chacun, je crois même que cela sera très ennuyeux pour beaucoup, c’est très lié à mon métier de consultant PLM, par exemple. Encore une fois, on verra bien.