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Un prototype est un échantillon, un modèle ou une première version d'un produit, conçu pour tester un concept ou un processus. Ce terme est utilisé dans divers contextes, notamment en sémantique , en conception , en électronique et en programmation logicielle . Un prototype sert généralement à évaluer une nouvelle conception afin d'en améliorer la précision par les analystes système et les utilisateurs. Le prototypage permet de fournir les spécifications d'un système réel et fonctionnel, et non d'un système théorique. Le prototypage physique a une longue histoire, et le prototypage papier et le prototypage virtuel le complètent aujourd'hui largement. Dans certains modèles de flux de travail de conception, la création d'un prototype (un processus parfois appelé matérialisation ) constitue l'étape intermédiaire entre la formalisation et l' évaluation d'une idée.
Un prototype peut également désigner un exemple typique de quelque chose, comme dans l'utilisation de la dérivation stéréotypes et archétypes .
Le mot prototype dérive du grec cadre de recherches auprès des utilisateurs .
Différences entre la création d'un prototype et celle d'un produit final
Les ingénieurs et les spécialistes du prototypage s'efforcent de minimiser l'impact de ces différences sur la fonction prévue du prototype. Par exemple, si un prototype visuel ne peut utiliser les mêmes matériaux que le produit final, ils tenteront de les remplacer par des matériaux dont les propriétés se rapprochent le plus possible de celles des matériaux finaux.
Caractéristiques et limites des prototypes
Les ingénieurs et les spécialistes du prototypage cherchent à comprendre les limites des prototypes afin de simuler exactement les caractéristiques de leur conception prévue.
Les prototypes représentent un compromis par rapport à la conception finale. Ceci est dû au savoir-faire et aux choix du ou des concepteurs, ainsi qu'aux limitations inhérentes à tout prototype. En raison des différences de matériaux, de procédés et de fidélité de conception, il est possible qu'un prototype ne fonctionne pas correctement, même si la conception finale est aboutie. Inversement, un prototype peut fonctionner correctement, mais la conception finale et le résultat final peuvent s'avérer insatisfaisants.
En général, on peut s'attendre à ce que les coûts des prototypes individuels soient nettement supérieurs aux coûts de production finaux en raison des inefficacités liées aux matériaux et aux procédés. Les prototypes servent également à réviser la conception afin de réduire les coûts grâce à l'optimisation et au perfectionnement.
Il est possible d'utiliser des tests de prototypes pour réduire le risque qu'une conception ne fonctionne pas comme prévu, cependant les prototypes ne peuvent généralement pas éliminer tous les risques.
La conception complète est souvent coûteuse et chronophage, surtout lorsqu'elle est répétée plusieurs fois : conception complète, identification des problèmes et de leurs solutions, puis nouvelle conception complète. En alternative, le prototypage rapide ou le développement rapide d'applications sont utilisés pour les prototypes initiaux, qui implémentent une partie seulement de la conception finale. Cela permet aux concepteurs et aux fabricants de tester rapidement et à moindre coût les parties les plus susceptibles de présenter des problèmes, de les résoudre, puis de concevoir la version complète.
sciences de l'ingénieur
Dans le domaine de la recherche technologique, un démonstrateur technologique est un prototype servant de preuve de concept et de modèle de démonstration pour une nouvelle technologie ou un futur produit, prouvant sa viabilité et illustrant des applications envisageables.
Dans les grands projets de développement, un banc d'essai est une plateforme et un environnement de développement de prototypes pour l'expérimentation et le test rigoureux de nouvelles technologies, de nouveaux composants, de nouvelles théories scientifiques et de nouveaux outils informatiques.
Grâce aux progrès récents de la modélisation informatique, il devient possible de se passer de la création d'un prototype physique (sauf éventuellement à échelle réduite pour des raisons promotionnelles), en modélisant tous les aspects du produit final sous forme de modèle informatique . Le Boeing 787 Dreamliner , dont le premier prototype grandeur nature a été fabriqué directement sur la chaîne de production, en est un exemple . La modélisation informatique est aujourd'hui largement utilisée dans la conception automobile, tant pour l'esthétique ( style et aérodynamisme ) que pour la fonctionnalité, notamment pour améliorer la résistance aux chocs et réduire le poids afin d'optimiser la consommation.
génie mécanique et électrique
L'usage le plus courant du mot prototype désigne une version fonctionnelle, bien qu'expérimentale, d'une machine non militaire (par exemple, des automobiles, des appareils électroménagers, des appareils électroniques grand public) que les concepteurs souhaiteraient voir fabriquée en série , par opposition à une maquette , qui est une représentation inerte de l'apparence d'une machine, souvent faite d'une substance non durable.
Un concepteur électronique construit souvent le premier prototype à partir d' une plaque d'essai , d' une plaque à bandes ou d' une plaque perforée , en utilisant généralement des boîtiers « DIP ».
Cependant, de plus en plus souvent, le premier prototype fonctionnel est construit sur un « PCB prototype » presque identique au PCB de production, car les coûts de fabrication des PCB diminuent et que de nombreux composants ne sont pas disponibles en boîtiers DIP , mais uniquement en boîtiers SMT optimisés pour le placement sur un PCB.
Les constructeurs de machines militaires et d’aéronefs préfèrent les termes « expérimental » et « essai en service ».
Électronique
En électronique , le prototypage consiste à construire un circuit réel à partir d'une conception théorique afin de vérifier son bon fonctionnement et de fournir une plateforme physique pour le débogage en cas de dysfonctionnement. Le prototype est souvent construit à l'aide de techniques telles que le câblage par enroulement ou l'utilisation d'une plaque d'essai , d' une plaque à bandes ou d' une plaque perforée , le résultat étant un circuit électriquement identique à la conception mais physiquement différent du produit final.
Des outils open source comme Fritzing permettent de documenter les prototypes électroniques (notamment ceux réalisés sur plaque d'essai) et de passer à la production physique. Les plateformes de prototypage telles qu'Arduino simplifient également la programmation et l'interaction avec un microcontrôleur . Le développeur peut choisir de déployer son invention telle quelle sur la plateforme de prototypage, ou de la remplacer uniquement par la puce microcontrôleur et les circuits nécessaires à son produit.
Un technicien peut rapidement construire un prototype (et y apporter des ajouts et des modifications) grâce à ces techniques, mais pour la production en série, il est beaucoup plus rapide et généralement moins coûteux de produire en masse des circuits imprimés personnalisés que de fabriquer ces autres types de prototypes. La multiplication des entreprises spécialisées dans la fabrication et l'assemblage rapides de circuits imprimés a permis d'appliquer les principes du prototypage rapide à la conception de circuits électroniques. Il est désormais possible, même avec les plus petits composants passifs et les plus grands boîtiers à pas fin, de faire fabriquer, assembler et même tester des cartes en quelques jours seulement.
Programmation informatique et informatique
Souvent, les utilisateurs finaux ne sont pas en mesure de fournir, lors de la phase initiale, un ensemble complet d'objectifs d'application ni des exigences détaillées concernant les entrées, le traitement ou les sorties. Après l'évaluation par les utilisateurs, un autre prototype est construit en fonction de leurs retours, et le cycle recommence avec une nouvelle évaluation client. Ce cycle débute par l'écoute de l'utilisateur, suivie de la création ou de la révision d'une maquette, puis de sa mise à l'essai par l'utilisateur , avant de revenir à la version précédente. Une nouvelle génération d'outils, les logiciels de simulation d'applications, permet désormais de simuler rapidement une application avant son développement.
La programmation extrême utilise une conception itérative pour ajouter progressivement une fonctionnalité à la fois au prototype initial.
Autres concepts de programmation/informatique
Dans de nombreux langages de programmation , un prototype de fonction est la déclaration d'une sous-routine ou d'une fonction (à ne pas confondre avec le prototypage logiciel). Ce terme est plutôt spécifique au C / C++ ; on utilise également les termes signature , type et interface pour désigner cette notion . En programmation par prototypes (une forme de programmation orientée objet ), les nouveaux objets sont créés par clonage d'objets existants, appelés prototypes.
Ce terme peut également faire référence au framework JavaScript Prototype .
De plus, ce terme peut faire référence au modèle de conception de prototype .
Les approches d'apprentissage continu au sein des organisations ou des entreprises peuvent également utiliser le concept de prototypes d'entreprise ou de processus à travers des modèles logiciels.
Le concept de prototypicalité est utilisé pour décrire à quel point un site Web s'écarte de la norme attendue et conduit à une diminution de la préférence de l'utilisateur pour la conception de ce site.
prototypage de données
Un prototype de données est une forme de prototype fonctionnel ou opérationnel . Sa création est généralement justifiée par un projet de migration de données , d'intégration de données ou de mise en œuvre d'applications, et les matières premières utilisées comme entrée sont une instance de toutes les données pertinentes existant au début du projet.
Les objectifs du prototypage de données sont de produire :
- Un ensemble de règles de nettoyage et de transformation des données qui ont permis de produire des données parfaitement adaptées à l'usage prévu.
- Un ensemble de données qui résulte de l'application de ces règles à une instance des données brutes (sources) pertinentes.
Pour ce faire, un architecte de données utilise une interface graphique afin de développer et d'exécuter interactivement des règles de transformation et de nettoyage à partir de données brutes. Les données résultantes sont ensuite évaluées et les règles affinées. Outre la vérification visuelle des données à l'écran par l'architecte de données, les méthodes d'évaluation et de validation habituelles consistent à utiliser un logiciel de profilage de données puis à intégrer les données résultantes dans une version de test de l'application cible et à en tester l'utilisation.
Prototypage pour l'interaction homme-machine
Lors du développement de logiciels ou d’outils numériques avec lesquels les humains interagissent, un prototype est un artefact utilisé pour poser et répondre à une question de conception. Les prototypes permettent d’examiner les problèmes de conception et d’évaluer les solutions.
Les spécialistes de l'interaction homme-machine (IHM) peuvent utiliser plusieurs types de prototypes différents :
- Prototype « Magicien d’Oz » : ainsi nommé en référence au Magicien d’Oz du film du même nom. Il s’agit d’une méthode de prototypage où l’interface informatique est simulée par un opérateur distant ou invisible. Cette technique est particulièrement utile pour démontrer des fonctionnalités complexes ou longues à développer, comme les interfaces utilisateur vocales .
- Prototype fonctionnel : ce prototype peut ne pas être conçu ni ressembler à un produit fini, mais son but est d’étudier et d’évaluer un besoin utilisateur, ou ce que le prototype pourrait lui apporter. Il peut présenter des caractéristiques et des fonctionnalités dont l’utilisateur pourrait bénéficier, afin de démontrer le rôle qu’un artefact comme le prototype pourrait jouer. Un exemple célèbre de ce type de prototype est le bloc de bois que Jeff Hawkins utilisait lors du développement du Palm Pilot .
- Prototype papier : ce prototype peut utiliser du papier découpé, du carton ou d’autres matériaux peu coûteux pour présenter une interface. Son objectif est de réaliser des tests auprès des utilisateurs, sans avoir recours à un outil numérique ni à un programme pour tester les fonctionnalités. Récemment, le prototypage papier a perdu de son attrait dans certains milieux du design, notamment en raison de la faible fidélité de cette méthode et de son manque d’efficacité lors des tests utilisateurs.
Architecture
En architecture , le prototypage fait référence soit à la fabrication de maquettes architecturales (en tant que forme de modélisation à l'échelle ), soit à une démarche d'expérimentation esthétique ou matérielle , comme le centre de prototypage de matériaux open source Forty Wall House en Australie.
Les architectes conçoivent des prototypes pour tester leurs idées sur les plans structurel, esthétique et technique. L’objectif principal n’est pas de savoir si le prototype fonctionne ou non : le prototypage architectural est un processus révélateur qui permet à l’architecte d’acquérir une meilleure compréhension du projet.
Métrologie
En métrologie , un prototype est un objet fabriqué par l'homme servant d'étalon de mesure pour une grandeur physique donnée. Cet objet étalon est parfois appelé artefact . Dans le Système international d'unités ( SI ), il n'existe plus d'étalon prototype depuis le 20 mai 2019. Avant cette date, le dernier prototype utilisé était le prototype international du kilogramme , un cylindre massif de platine-iridium conservé au Bureau international des poids et mesures à Sèvres ( banlieue parisienne ), dont la masse était, par définition , exactement d'un kilogramme . Des copies de ce prototype sont fabriquées et distribuées à de nombreux pays pour représenter leur étalon national du kilogramme et sont périodiquement comparées au prototype parisien . Le kilogramme est désormais redéfini de telle sorte que la constante de Planck mètre était défini par une barre prototype en platine-iridium comportant deux marques (qui étaient, par définition, espacées d'un mètre), le prototype international du mètre , et en 1983, le mètre a été redéfini comme étant la distance parcourue dans l'espace libre par la lumière en 1/299 792 458 de seconde ( définissant ainsi la vitesse de la lumière à 299 792 458 mètres par seconde).
sciences naturelles
Dans de nombreuses sciences, de la pathologie à la taxonomie, le terme « prototype » désigne une maladie, une espèce, etc., qui constitue un bon exemple pour l’ensemble de la catégorie. En biologie, le prototype est la forme ancestrale ou primitive d’une espèce ou d’un autre groupe ; un archétype. Par exemple, le bichir du Sénégal est considéré comme le prototype de son genre, Polypterus .
Modélisme
Les fabricants de maquettes, en particulier les modélistes ferroviaires, aéronautiques, navals et militaires, utilisent généralement le terme prototype pour désigner la taille réelle , comme dans « La longueur de cette maquette n’est pas conforme au prototype ».