Informatique industrielle

Concevoir des équipements mécaniques

| Rédacteur: Edouard Huguelet

Assemblage sous 3DVIA.
Galerie: 2 photos
Assemblage sous 3DVIA. (Image: SolidWorks)

>> La CAO actuelle, ce n'est pas simplement du «dessin assisté par ordinateur»; c'est une approche globale de la définition et de la vie d'un produit pris dans son intégralité, depuis la phase des esquisses jusqu'à celle de la gestion de la durée de vie, en passant par les étapes de la conception, de l'assemblage, du test et de la simulation. L'aspect de la gestion des données techniques revêt également une grande importance, de même que celui de la documentation technique à l'usage de l'utilisateur final.

La conception de produits mécaniques complexes n'échappe pas à la règle. La pression constamment accrue exercée d'une part par la concurrence et d'autre part, la nécessité de satisfaire à des normes toujours plus exigeantes en matière de traçabilité (normes de la série ISO 9000) ou de sécurité et garantie environnementale (séries ISO 14 001 et OHSAS 18 001) pour ne citer que quelques exemples, est souvent doublée de spécifications particulièrement rigoureuses liées à des corps de métiers particuliers, notamment dans les domaines de l'aérospatiale, de l'alimentaire/pharmaceutique (FDA) et de la chimie/biochimie. De ce fait, une approche globale de la clientèle est à la source même de tout développement technique. également dans le domaine de la mécanique.

La technique devenant toujours plus évoluée et complexe, d'autant plus fréquents sont les produits assemblés qui comportent une multitude de composants statiques et dynamiques au comportement parfois difficile à prévoir de façon précise sans une simulation qui nécessite une analyse poussée.

Un aspect évident de la CAO est constitué par celui ayant trait au développement de composants individuels parfaitement fonctionnels, dont la précision sera définie de la façon la plus adéquate et dont la conception prendra en compte la méthode de production la plus rationnelle, tout cela afin de réduire les coûts de production, dans une optique globale de compétitivité: tout prosaïquement, éviter les opérations d'usinage trop nombreuses, trop difficiles à réaliser, voir carrément inutiles, de même que l'application de tolérances trop serrées là où elles ne sont pas nécessaires! Songer aussi au bridage des pièces sur la machine d'usinage et au genre d'outil à mettre en oeuvre.

Les problèmes actuels de la conception d'équipement mécaniques

Le concepteur partira du solide et aura constamment en vue l'usinage le plus rationnel possible des pièces qu'il développera dans le cadre d'un projet d'ensemble: en concevant ses pièces mécaniques, il «vivra» leur usinage. Il se penchera en outre sur la problématique du montage, respectivement démontage des composants dans le cadre des assemblages: beaucoup de temps et donc d'argent est en effet fréquemment gaspillé en procédures de montage et d'ajustage trop laborieuses, sans même évoquer les assemblages pratiquement indémontables: imaginez non seulement les problèmes rencontrés dans l'atelier de montage, mais aussi ceux auxquels seront confrontés dans un stade ultérieur les spécialistes du service extérieur lors d'une intervention de réparation ou de retrofit par exemple!

Autre approche encore: s'imprégner de la perception du client: le concepteur d'un système mécanique, que ce dernier soit tout simple ou au contraire excessivement complexe, devra bien être conscient qu'il ne s'agit pas d'un travail académique, mais bel et bien d'une réalisation au meilleur rapport prix-performances, destiné à satisfaire au plus juste les besoins de l'utilisateur final en termes de temps de développement/production, coûts d'obtention, fonctionnalité, sécurité intrinsèque, en accord avec la réalisation intégrale du cahier des charges: le dialogue et les échanges d'information doivent être menés en permanence avec le client et ceci déjà au stade le plus précoce du développement.

Pour compléter ce thème
 
Qui est Axemble?

Le flux de production des documents CAO nécessite aussi du temps. Comment réduire ce temps afin d'accélérer le rythme du développement? Et aussi, comment limiter le nombre de prototypes, voire même comment éventuellement s'en passer si leur réalisation est trop onéreuse ou prend trop de temps? Comment fournir la meilleure documentation (manuel d'utilisation, manuel d'entretien et de réparation/dépannage, manuel de formation de d'utilisation, documentation SAV, etc.)? Comment présenter cette information non seulement sur papier, mais aussi au moyen de différents médias informatiques ou en tirant parti du web? Une documentation interactive pourra aussi assurer un meilleur dialogue avec le client lors de l'installation, la mise en service et l'exploitation du système.

L'aspect environnemental

Avec SolidWorks, il est possible d'exporter les documents CAO en divers formats, notamment en direction de systèmes de FAO, depuis les plus universels (IGES, Parasolid, Acis...) jusqu'aux systèmes dédiés (tel Collada) en passant par des formats natifs à l'image de Wildfire ou Inventor par exemple.

Il y a aussi d'autres aspects des produits qui prennent de plus en plus d'importance et qui ne sont pas forcément évidents à mettre en oeuvre dans des systèmes CFAO. Ce sont d'une part ce que l'on pourrait appeler: «La conception écologique», c'est à dire non seulement les standards de développement durables consacrés par les normes ISO-44'001 et OHSAS 18'001 comme précisé en début de cet article, mais aussi, avec un applicatif appelé SolidWorks Sustainability, l'analyse d'impact environnemental des conceptions, par exemple en termes de consommation d'énergie pétrole équivalente. Le logiciel permet d'opter pour la solution écologiquement la plus responsable. Ces concepts ont pour dénominations: acidification de l'atmosphère, empreinte de carbone (tout au long du cycle du produit depuis le développement jusqu'à sa fin de vie), consommation totale d'énergie (y compris l'«énergie grise», et même l'eutrophisation de l'eau. Toutes ces informations environnementales sont intégrées au logiciel et servent à identifier les matériaux les plus adéquats, en remontant jusqu'à leur impact d'origine géographique, donc de l'extraction jusqu'à la mise au rebut en fin de cycle de vie du produit.

Des ensembles plus ou moins complexes

Si les assemblages comportant trois ou quatre éléments sont relativement simples à maîtriser et à manipuler, il en va tout autrement lorsqu'il s'agit d'ensembles complexes, comportant de multiples fonctions autant statiques que dynamiques ou présentant des caractéristiques cinématiques pas forcément aisées à maîtriser (on pourrait par exemple citer le cas de systèmes comportant des réducteurs à engrenages planétaires et des pièces de transformation de mouvement, pour ne citer qu'un exemple). Il existe des méthodes pour travailler sur des modèles simplifiés et manipuler des ensembles complexes, sans perdre les références liant les composants et sous-systèmes les uns aux autres. Une fonction telle SpeedPack permet en l'occurrence de se libérer de la contrainte du nombre de composants: il crée une représentation simplifiée d'un assemblage sans pour autant perdre les relations entre les divers constituants.

Non seulement cet outil sert à créer ces configurations associatives au maximum ou minimum de matière, mais il permet en outre de simuler directement en volumique l'impact des choix de tolérances sur l'assemblage, selon qu'il s'agisse d'ajustements libres, coulissants, serrés ou chassés en force. La pièce cotée ainsi créée (cote moyenne automatiquement calculée) pourra directement être reprise par la FAO pour la programmation des trajectoires d'outils.

Moins de temps perdu

La «bête noire» des bureaux d'étude est constituée par les travaux répétitifs, lesquels se font au détriment des travaux productifs, par exemple la réalisation répétitive de plans de détails souvent similaires les uns par rapport aux autres, l'impression des dossiers de plans... Deux utilitaires d'Axemble permettent d'automatiser ces tâches fastidieuses Ce sont SmartDrawing qui permet de réaliser automatiquement les plans de fabrication des pièces de l'assemblage en se basant sur des bibliothèques de modèles standardisés et PowerPrint qui est utilisé pour l'impression rapide de l'ensemble des plans d'un projet, en une seule opération.

Simuler plutôt que confectionner à répétition!

Effectuer des tests fonctionnels nécessite la mise au point préalable de prototypes physiques, lesquels sont testés dans diverses conditions. Lorsque le prototype ne donne pas satisfaction, il s'agit de procéder à des actions correctrices itératives, ce qui occasionne un important ralentissement du temps de développement et des frais considérables. Simuler à un stade précoce de la définition et à diverses étapes du développement permet en revanche de valider la conception en permanence tout au long du processus de développement du produit, par exemple en réalisant des études de contraintes, des simulations cinématiques. Au fur et à mesure de l'avancement du développement, il est possible de peaufiner la conception et en fin de compte, arriver à une conception particulièrement aboutie. La simulation numérique sert aussi, au terme des différentes phases d'évolution de la conception, à évaluer les interactions entre éléments ou à analyser les contraintes locales en fonction des efforts appliqués.

Les mouvements d'assemblage sont simulés en se basant sur des événements. Des actions peuvent être enclenchées à l'aide de capteurs de temps ou de début et fin d'événements, en vue du dimensionnement correct des organes soumis à contraintes. Des prototypes virtuels peuvent donc être réalisés grâce à la simulation de mouvements. Les charges thermiques peuvent de même être simulées grâce à SolidWorks, par exemple dans des assemblages comportant des composants réalisés en divers matériaux, afin de mieux identifier les effets de transferts thermiques tels la convection, la radiation ou la conduction, dans le but de concevoir des systèmes qui confinent ou au contraire évacuent la chaleur de façon optimale. Une large bibliothèque de matériaux isotropiques et orthotropiques est à disposition, avec toutes leurs caractéristiques physiques et propriétés, notamment en fonction de la température.

De même, que ce soit pour des études linéaires ou non, statiques ou dynamiques, avec des matériaux homogènes ou composites, ou encore pour l'analyse des fluides et des gaz, SolidWorks Simulation apporte des solutions d'optimisation.

La documentation liée au produit

Le produit arrive chez l'utilisateur. C'est ici qu'une documentation de produit bien conçue démontre toute sa valeur. C'est ce que l'on appelle la documentation technique liée au produit et à son utilisation. A produit de qualité égale, une excellente documentation technique peut faire la différence. L'élaboration de la documentation doit être réalisée parallèlement à la conception du produit.

Lorsque le produit arrive au stade final, la documentation liée au produit doit également être achevée. Même plus: elle fait partie intégrante du produit. C'est ici qu'intervient 3DVIA Composer. Il tourne avec, ou même sans SolidWorks. En effet, il est tout à fait possible de travailler avec SolidWorks, mais il se peut que la personne qui travaille sur l'élaboration de la documentation ne possède pas de licence SolidWorks, ce qui ne pose aucun problème. 3DVIA Composer est indépendant de la plateforme SolidWorks: il suffit de récupérer le modèle 3D complet.

L'ensemble peut à volonté être orienté; il est aussi loisible de générer de façon simple des vues éclatées et d'ajouter des éléments documentaires. Terminés les fréquents allers-retours entre bureau d'études et bureau des instructions de service, par exemple. Toutes les applications sont possibles: création de documentation sur papier, création de séquences vidéo, site internet, génération de bibliothèques de modèles web, images à haute résolution, nomenclatures interactives, illustrations techniques... Ce sont autant de possibilités que permet 3DVIA Composer, grâce à l'étonnante souplesse de cet outil de nouvelle génération pour la création, la mise à jour et la diffusion de documentation à haute valeur ajoutée.

Des composants judicieusement conçus

Le coût croissant de certains matériaux constitue de plus en plus un aspect non négligeable du prix de revient des produits. Il n'est pas toujours forcément nécessaire d'utiliser les matériaux les plus coûteux. Le but final d'en ensemble mécanique est de donner satisfaction: on demande qu'il assume la tâche à laquelle il est destiné. La tendance a en effet longtemps été de réaliser des composants plus lourds que nécessaire (masses mortes) et en utilisant les matériaux les plus performants (et souvent aussi les plus coûteux) afin de s'affranchir de tout risque d'erreur de calcul. Il suffit de penser aux fameux «coefficients de Bach» que tous les anciens constructeurs de machines connaissent: ils avaient surtout pour résultat d'aboutir à des conceptions inutilement lourdes et massives. Avec SolidWorks Simulation, il est possible de réaliser des composants avec la masse la plus légère possible pour assurer de façon satisfaisante une fonction déterminée. La facilité et la rapidité de calcul et les multiples variantes de projets permettent de tester divers matériaux et diverses variantes de conception pour différents éléments, dans le respect du comportement mécanique souhaité, en vue d'optimiser les composants en termes de matériaux, masse, coût, etc. Les gains en masse sont notamment précieux pour des réalisations dans les secteurs particuliers de l'automobile, de l'aérospatiale, de la médecine, de l'appareillage de précision, entre autres applications. <<

Ajouter un commentaire

copyright

Cette contribution est protégée par le droit d'auteur. Vous voulez l'utiliser pour vos besoins ? Contactez-nous via: support.vogel.de/ (ID: 32543600 / Informatique)