Transcript Conception intégrée assistée par ordinateur : supplément

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Conception intégrée assistée
par ordinateur
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par
Mounib MEKHILEF
Maître de conférences en Productique à la faculté des sciences de Bourges
Responsable de recherche au laboratoire Productique de l’École centrale de Paris
et
Bernard YANNOU
Ancien élève de l’École normale supérieure de Cachan
Maître de conférences en Mécanique
Laboratoire Productique-Logistique
École centrale de Paris
Références bibliographiques
CFAO. La gamme automatique en usinage,
Hermès Publishers, 39-53 (1990).
Dans les Techniques de l’Ingénieur
[1]
BÉZIER (P.). – Courbes et surfaces pour
la CFAO. Traité Sciences fondamentales
A 1440, vol. AF 2 (1992).
[7]
BRISSAUD (D.). – Système de conception
automatique de gammes d’usinage pour les
industries manufacturières. Thèse de doctorat, université Joseph-Fourier Grenoble I
(1992).
[8]
BOUJUT (J.F.). – Un exemple d’intégration
des fonctions métier dans les systèmes de
CAO : la conception de pièces forgées tridimensionnelles. Thèse de doctorat, Institut
national polytechnique de Grenoble (1993).
[9]
PTC. – Documentation technique de Pro/Engineer v17.0. Parametric Technology Corporation (1997).
[10]
BOURDICHON (P.). – L’ingénierie simultanée
et la gestion d’informations. Collection Systèmes d’information, Éd. Hermès (1994).
[11]
MAURINO (M.). – La gestion des données
techniques. Éd. Masson (1995).
[12]
RANDOING (J.-M.). – Les SGDT. Éd. Hermès
(1995).
Références
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
STAB (O.). – Maillage automatique tridimensionnel par opérations booléennes. Thèse de
doctorat, École des mines de Paris (1992).
BERNARD (A.). – Usinage tridimensionnel
d’outillages de topologie complexe : analyse
des contraintes de production et contribution
à l’optimisation du processus d’usinage.
Thèse de doctorat, École normale de Cachan/
LURPA (1989).
BLONDAZ (L.) et BRISSAUD (D.). – Estimating
the cost of machined product in the design
for manufacture approach. ASDE’96, Montpellier (1996).
ANSELMETTI (B.). – Génération automatique
de gammes de tournage et contribution à la
gestion d’une cellule de production. Thèse de
doctorat, thèse d’habilitation à diriger les
recherches, ENS Cachan/LURPA (1994).
DURANT (P.). – GAGMAT : un système de
génération automatique de gammes d’usinage, intégré dans une chaîne complète de
On pourra aussi consulter
CANIZLER (O.). – Une architecture conceptuelle
pour la pérennisation d’historiques globaux de
conception de produits industriels. Thèse de
doctorat, École centrale de Paris (1992).
BARNHILL (R.) et BOEHM (W.). – Surfaces in computer aided geometric design. Éditeur : North Holland Amsterdam (1983).
SEDERBERG (T.). – Implicit and parametric curves
and surfaces for computer aided geometric
design. Ph. d Thesis, mechanical engineering.
Purdue University (1983).
YAMAGUCHI (F.). – Curves and surfaces in computer
aided geometric design. Springer Verlag (1988).
RIESENFELD (R.F.). – Applications of B-spline
approximation to geometric problems of
computer aided design. Ph. d Thesis. Syracuse
University (1972).
BARTELS (R.), BEATY (C.J.) et BARSKY (B.). – B-splines. Collection Mathématiques et CAO. Hermès
(1987), vol. 6.
BARTELS (R.), BEATY (C.J.) et BARSKY (B.). – b-splines. Collection Mathématiques et CAO. Hermès
(1987), vol. 7.
BÉZIER (P.) et HOPPE (H.). – Courbes et surfaces. Collection Mathématiques et CAO. Hermès (1987),
vol. 4.
de CASTELJAU (P.). – Formes à pôles. Collection
Mathématiques et CAO. Hermès (1985), vol. 2.
Logiciels et leurs fabricants
Calcul de structures
CAO cotation
Abaqus
Ansys
Marc
Nastran
Pamcrash
Patran
Pro/Mechanica de Parametric Technology Corporation
Samcef
Sysmesh
Systus
Dyna
Valisys de Tecnomatix
CAO analyse de coûts
Cost Advantage de Cognition
CAO noyau graphique/Plate-forme
de développement
ACIS de Spatial Technology
CAS.CADE de Matra Datavision
ICAD
CAO paramétrique
Autocad de Autodesk
Catia de Dassault Systèmes
Euclid Designer de Matra Datavision
Euclid-IS de Matra Datavision
HP Precision/Engineering de Hewlett-Packard
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CONCEPTION INTÉGRÉE ASSISTÉE PAR ORDINATEUR
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I-EMS de Intergraph
Microstation de Bentley
Pro/ENGINEER de Parametric Technology Corporation
SolidWorks de SolidWorks Corporation
Unigraphics de MacDonell-Douglas
CAO variationnel
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Mécanique des fluides
Pamflow
Moldflow
SGDT
CADDS 5 de Computer Vision
I-DEAS de SDRC
Mechanical Advantage de Cognition
CAO robotique
Robcad de Tecnomatix
Dynamique multicorps/Mécatronique
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DADS
SDS de Solid Dynamics
Audros de Audros Technology
CIMData de CIMData
HP PE/WorkManager
Intralink de Parametric Technology Corporation
Métaphase de SDRC
Sherpa de Sherpa Corporation
Théorie des mécanismes
ADAMS de Mechanical Dynamics
AMESim de Imagine
Mécamaster
Étude particulière de quelques logiciels
Logiciels paramétriques
Le premier modeleur paramétrique est apparu en 1988 avec Pro/ENGINEER
de la société américaine Parametric Technologies. Depuis, tous les grands
logiciels de CAO se sont dotés de modeleurs paramétriques : Catia (société
Dassault Systèmes) depuis la v4 en 1994 et la société Matra Datavision depuis
l’avènement d’Euclid Designer qui intègre en outre l’approche orientée objets
des plus prometteuses. Citons aussi I-EMS de la société Intergraph, Unigraphics de la société MacDonell-Douglas, le logiciel HP Precision/Engineering de
la société Hewlett-Packard.
Le logiciel Pro/ENGINEER est devenu, depuis 1994, le leader de la CAO
Mécanique en termes de parc installé (en dépassant Catia) ; il a totalisé, à lui
seul, plus de 60 % des créations de nouveaux postes de CAO en 1996.
Le logiciel Autocad, également paramétré, de la société Autodesk est un cas
un peu à part de par son prix abordable pour des PME/PMI et de par le fait qu’il
tourne sur PC ; c’est le leader des logiciels généralistes [il fait aussi de l’architecture] (Microstation de la société Bentley est l’autre grand leader en CAO
architecture sur PC). Citons enfin le dernier-né des logiciels de CAO
mécanique : SolidWorks, logiciel américain ayant plusieurs distributeurs en
France, qui présente les mêmes fonctionnalités que les grands modeleurs
paramétriques du marché, mais il tourne sur PC en étant beaucoup moins
cher.
Quelques produits particuliers
Figure A – Carter en plastique injecté
Logiciel Pro/ENGINEER
En 1988, Pro/ENGINEER, étant un logiciel nouveau-né, il fut développé sans
concession dans l’esprit de cette nouvelle approche, sur des bases saines. Il a
donc eu, dès le départ, des qualités que les logiciels classiques n’ont pu acquérir (en partie) en restant compatibles par rapport aux anciennes versions,
qu’au prix de gros efforts.
Nota : les logiciels de CFAO qui engagent de gros investissements dans les entreprises
manufacturières se doivent d’assurer une compatibilité ascendante par rapport aux données générées par les versions passées ; une pièce conçue dans le passé doit pouvoir être
lue par les nouvelles versions.
Ainsi, Pro/ENGINEER :
— était développé en langage C, beaucoup plus souple que Fortran (Catia,
Euclid-IS). La société Matra Datavision a préféré, quitte à faire du paramétrique, faire le nouveau logiciel Euclid Designer qui soit programmé dans le langage du futur de la CAO, à savoir le C++ ;
— était compact. La notion de cas paramétriques bien identifiés permet
une factorisation des opérations géométriques générant un code très
compact, de l’ordre de 40 mégaoctets (applications comprises), à comparer
typiquement avec 400 mégaoctets pour un modeleur classique ;
— fournissait d’emblée le très puissant concept de base de données unique et d’associativité bidirectionnelle, ce qui est extrêmement difficile, voire
impossible à obtenir par évolution de logiciels classiques qui n’ont pas été
conçus sur cette base dès le départ.
Les figures A, B, C, D fournissent quelques exemples de conception à partir
du logiciel Pro/ENGINEER.
Doc. BM 5 006 - 2
Figure B – Moteur assemblé
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_________________________________________________________________________________________ CONCEPTION INTÉGRÉE ASSISTÉE PAR ORDINATEUR
Soudage par arc
La programmation manuelle d’un robot de soudage par arc nécessite classiquement l’immobilisation d’un robot et l’expertise d’un soudeur qualifié qui
vient prendre la main du robot pour le guider pendant que le robot se met en
phase d’acquisition de données. Ce module évite ces problèmes en déterminant la configuration optimale du robot pour effectuer un cordon de soudure
sans discontinuité avec des contraintes d’orientation de la torche, de vitesse
de soudage et d’évitement de collision de l’environnement.
Peinture
De la même façon que pour le robot de soudage par arc, la programmation
manuelle d’un robot de peinture (exemple : pour l’automobile) est lente et
coûteuse. Ce module traite du problème dans son intégralité en permettant de
simuler pour des trajectoires de pinceau proposées par le système l’épaisseur
de peinture déposée. De plus, des fonctionnalités de minimisation de la quantité de peinture et de minimisation du temps de l’opération sont proposées.
Métrologie
Il s’agit de définir les tâches robotiques d’une machine à mesurer tridimensionnelle pour vérifier les spécifications de tolérancement sans entrer en collision avec la pièce.
Logiciel ADAMS
Le logiciel ADAMS de Mechanical Dynamics représente 70 % des parts de
marché des logiciels de simulation dynamique multicorps. Il permet de communiquer avec un logiciel de structures dans les deux sens :
— par une première simulation dynamique en supposant toutes les pièces
rigides, ADAMS détermine le chargement extérieur et l’inertie (torseur dynamique) des pièces dont on désire calculer la structure (analyse de contraintes
ou analyse de vibrations). C’est une méthode bien plus rapide et précise que
des mesures sur des prototypes physiques ;
— en retour, le logiciel de calcul de structures peut fournir les matrices de
raideur, d’amortissement et de masse des pièces subissant de grandes déformations et influant ainsi sur le mouvement d’ensemble du mécanisme. Une
seconde simulation prenant en compte la déformation de ces pièces peut donc
avoir lieu au sein d’ADAMS.
Figure C – Aspirateur manuel
Figure D – Le lensometer : machine de test des lentilles de contact
ADAMS propose d’importantes fonctionnalités d’intégration :
— il simplifie les équations de mouvement en les linéarisant pour obtenir
les fréquences et les modes propres du système, permettant ainsi de concevoir un système ayant le comportement vibratoire désiré. Une démarche
générale consistera à n’introduire les non-linéarités que petit à petit pour en
avoir les effets spécifiques ;
— il détermine les positions d’équilibres stables et instables ;
— il permet d’intégrer la définition de la partie de contrôle automatique en
récupérant les blocs-diagrammes définis sous les logiciels spécialisés en
contrôle : MATLAB ou MATRIXX . ADAMS prend alors en compte ces nouvelles équations durant la simulation ;
— il permet de définir une fonction objectif, un certain nombre de paramètres de conception tant sur la partie mécanique que sur la partie contrôle, puis
il effectue une étude de sensibilité des paramètres de conception sur la fonction objectif pour déterminer ceux qui ont une influence significative ;
— à l’issue d’une étude de sensibilité, il est possible de définir un cadre
d’optimisation et de lancer l’optimisation du système mécatronique ;
— à l’issue d’une étude de sensibilité, on peut demander à ADAMS d’établir un plan d’expériences pour mettre en évidence, dans les meilleures
conditions, certains phénomènes. On conçoit bien alors l’intérêt du prototypage virtuel : réduire le plus possible les tests sur le prototype physique.
API CAS.CADE
Progiciel Robcad
Très utilisé dans le monde automobile, le progiciel Robcad traite de toutes
les applications robotiques. Parmi ces fonctionnalités, citons les suivantes.
Soudage par points
Une caisse automobile nécessite entre 3 000 et 4 000 points de soudure. Ce
module permet d’optimiser le temps de soudage par points en déterminant le
trajet optimal. De plus il fournit une aide à la conception optimale de la
mâchoire de soudage et à l’optimisation d’une cellule de robots.
CAS.CADE est une API de très haut niveau, basée sur l’approche orientée
objets (C++), qui permet de développer très rapidement une nouvelle application CAO en assurant un maximum de portabilité, de maintenabilité, de réutilisabilité des briques logicielles. Pour ce faire, l’environnement comprend une
librairie d’objets CAO comme ACIS (d’ailleurs, c’est une surcouche d’ACIS)
avec du paramétrique à la base, un environnement de développement clientserveur (pour développer un SGDT ou permettre de faire de la conception
simultanée par réseau), un module de programmation de dialogues d’applications, des fonctionnalités d’interfaçage entre modules applicatifs et des fonctionnalités de gestion de données au-dessus d’une base de données objets.
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