Avant-première EPHJ 2023 – CADFEM (Suisse) SA Utiliser plus efficacement les matières premières et l'énergie grâce à la simulation

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Seuls des logiciels de calcul et de simulation appropriés permettent aujourd'hui de développer et de concevoir des composants et des constructions complexes ainsi que des systèmes et installations industriels complets de manière économique et dans un délai raisonnable. Nous nous sommes entretenus avec Roberto Rossetti, co-CEO et Markus Dutly, fondateur et co-CEO de CADFEM (Suisse) SA, sur l'utilité et les domaines d'application des technologies modernes de CAE et de simulation.

Depuis le début de l'industrialisation, les développeurs et les concepteurs souhaitent certainement pouvoir prédire avec précision et de façon fiable les propriétés et le comportement des composants dès leur conception. Mais cela n'a été possible que depuis l'apparition d'ordinateurs puissants et de logiciels sophistiqués. Quelles sont les voies empruntées par CADFEM pour aider les concepteurs dans leur difficile travail de développement ?

R. Rossetti : Depuis la création de CADFEM (Suisse) SA en 1995, et déjà 10 ans auparavant par le biais de CADFEM Germany GmbH, nous soutenons les constructeurs et les développeurs en Suisse et au Liechtenstein. Le groupe CADFEM, compte aujourd'hui 500 collaborateurs et collaboratrices qui s'occupent de clients dans 23 pays, répartis dans le monde entier. Nous leur proposons des solutions pour développer plus rapidement, de meilleurs produits. Pour que cela fonctionne, nous leur transférons notre savoir-faire en matière de simulation, au-delà des softwares que nous leur fournissons. Ce qui correspond à notre slogan qui est « La simulation est plus qu'un logiciel ». En effet, pour que les constructeurs et les développeurs puissent résoudre leurs problèmes, il faut plus qu'un bon logiciel. Notre soutien commence par le choix des licences et du matériel informatique adaptés. Viennent ensuite les conseils pour la formation nécessaire et les phases d'acquisition du savoir-faire, l'accompagnement pour les premières tâches concrètes de simulation et la vérification de la qualité des résultats, les conseils pour progresser vers des simulations plus avancées au moyen de projets pilotes et bien sûr le support technique au quotidien. C'est une montée en compétence que nous menons avec nos clients. Nous leurs donnons des compétences en leurs montrant le chemin à suivre pour exploiter au mieux les multiples avantages de la simulation.

M. Dutly : Dans votre question vous évoquez la puissance des ordinateurs et la précision des calculs, permettez-moi de revenir sur ces deux aspects. La capacité des ordinateurs ne suffit jamais, c'est une règle. Pouvoir toujours mieux représenter la réalité physique avec des modèles est un besoin de l'ingénieur. La taille des modèles grandit avec l'amélioration des performance informatiques et dans ce contexte la capacité évolutive du cloud offre une solution flexible donnant accès à des machines toujours plus performantes. Mais, étonnamment, seules quelques entreprises adoptent actuellement les possibilités du cloud. L'avantage d'un cloud n'est pas seulement sa flexibilité mais également son coût plus avantageux comparé à du hardware propre. Chez CADFEM, nous utilisons la puissance du cloud depuis huit ans. Elle est toujours disponible à 100 %. Lorsque la pandémie a commencé, nous avons pu passer du jour au lendemain au télétravail. Nous avons également pu organiser des formations avec nos clients qui étaient eux aussi à la maison. Nous leur avons donné accès à notre solution cloud. Honnêtement, je suis un peu perplexe. Je me demande pourquoi certains de nos utilisateurs en Suisse ne s'appuient-t-ils pas davantage sur le cloud ? Pour nous, c'est une solution très efficace ! Et, contrairement à ce que l'on pense souvent, le cloud est plus sûr que les logiciels et le matériel installés dans les entreprises. Le deuxième point de votre question sur lequel je voudrais m'arrêter concerne « les résultats exacts ». Nous pouvons philosopher longtemps sur ce sujet. Qu'est-ce qui est « exact » ? La réponse pourrait être « exact signifie aussi précis que nécessaire ». Mais que signifie « aussi précis que nécessaire » ? Par rapport à quoi ? Les avis divergent. Il y a une belle anecdote d'Ed Wilson, l'un des pionniers de la simulation par éléments finis (FEM). Il disait que si vous réunissez des ingénieurs dans une salle, et que l'ingénieur simulation présente des résultats, personne n'y croit, sauf l'ingénieur simulation lui-même. Mais si l'ingénieur de test présente les résultats de ses tests expérimentaux, tout le monde dans la salle va croire ces résultats, sauf l'ingénieur de test lui-même. On fait confiance à ce que l'on peut toucher, c'est humain. On fait confiance à son expérience, même si elle s'avère souvent inefficace dès les plus petites variations. C'est la raison pour laquelle certaines entreprises ne parient pas sur la simulation FEM (Méthode par éléments finis), DEM (méthode des éléments discrets) ou CFD (Computational Fluid Dynamics), alors qu'elles pourraient développer bien plus rapidement de bien meilleurs produits.

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Quelles sont, selon vous, les principales raisons qui incitent les concepteurs à utiliser un logiciel de calcul et de simulation sophistiqué comme ANSYS de CADFEM ?

M. Dutly : Comme l'a dit Roberto, il faut plus que des logiciels. Beaucoup plus. Avec le meilleur logiciel, on peut obtenir n'importe quel résultat. Même la physique la plus simple peut être mal interprétée par les ingénieurs. Plus l'application est complexe et plus l'accompagnement d'un partenaire comme CADFEM apporte sa plus-value. Nous aidons nos clients avec un support éprouvé à tous les niveaux, à l'opposé de ce que l'on appelle le support Mickey Mouse, qui repose sur de petits exemples faciles qui fonctionnent toujours. Nous accompagnons les clients du début à la fin de leur projet. Nous sommes présents lorsque le client ne peut plus avancer et nous mettons tout notre savoir-faire à sa disposition, pour qu'il atteigne ses objectifs. Combien de fois avons-nous entendu des entreprises dire que leur spécialiste n'avait pas besoin de formation parce qu'il avait réalisé un travail de Bachelor dans le domaine de la simulation. C'est pour le moins délicat. En effet, l'encadrement par des experts en simulation permet d'être rapidement productif et d'interpréter efficacement les résultats.

La simulation est souvent considérée comme très coûteuse et ne vaut donc la peine que pour les grandes entreprises des secteurs, comme l'aéronautique, la course automobile ou l'industrie automobile. Quels logiciels et quel soutien pouvez-vous offrir aux petites et moyennes entreprises pour qu'elles puissent également profiter des avantages du calcul et de la simulation ?

M. Dutly : Au début des années 1990, la simulation était encore considérée comme dispendieuse. Il n'y avait que peu de PME et de bureaux d'ingénieurs qui simulaient. Les constructeurs n'étaient pas autorisés à utiliser des logiciels coûteux. Il y avait un dicton à l'époque : « Pour créer un maillage, il faut un doctorat ». Au cours de mes 34 ans d'expérience dans le domaine de la simulation, j'ai vu l'évolution de ce secteur, depuis cette époque à aujourd'hui. Depuis 20 ans, la simulation fait partie du processus de développement standard. Si l'on veut être à la pointe de la technologie, on ne peut pas se fier à la bonne vieille expérience. Le marché de la CAE (Ingénierie Assistée par Ordinateur) croît chaque année de 10 à 15 %. Aujourd'hui, 80 % de nos clients utilisant nos solutions de simulation sont des petites et moyennes entreprises. Mais selon moi, cela va trop lentement, et nous, l'industrie suisse, nous passons à côté d'opportunités ; alors que tout le monde parle de digitalisation. Avec des logiciels appropriés, il est par exemple possible d'automatiser des calculs répétitifs, de sorte qu'un non spécialiste de la simulation, par exemple un vendeur, puisse les utiliser pour établir des offres plus rapidement et en toute confiance. Comme deuxième exemple, je peux citer la gestion des données et résultats de simulation. Selon un sondage, cela se fait généralement sur des ordinateurs portables personnels. Si l'utilisateur vient à changer d'entreprise, les données disparaissent avec lui.

Au-delà de la vérification technique de leurs conceptions, quels autres avantages décisifs les entreprises peuvent-elles obtenir, en simulant au préalable des pièces, des constructions et des systèmes complets ?

R. Rossetti : Le plein potentiel de la simulation pour une entreprise se révèle si on la considère sous trois angles. Tout d'abord, du point de vue du concepteur ou de l'ingénieur de développement qui l'utilise dans son travail quotidien. Il en résulte des avantages essentiels pour l'ensemble du processus de développement. Les entrepreneurs et les chefs de produit considèrent que la valeur ajoutée de la simulation réside principalement dans l'amélioration de la qualité des produits, la disponibilité plus rapide des produits sur le marché et l'augmentation de la capacité d'innovation de l'entreprise. Enfin, les simulations permettent aux entreprises de créer des prototypes virtuels de systèmes réels. Ceux-ci peuvent être utilisés pour gérer l'ensemble du cycle de vie des produits et des installations. Cette approche de la simulation se basant sur des jumeaux numériques permet d'augmenter la productivité de manière exponentielle au fil du temps en planifiant la maintenance sur la base de méthodes prédictives. L'accès à ces informations permet aux ingénieurs d'ajouter de la valeur aux installations existantes, ce qui évite les temps d'arrêt imprévus et réduit les coûts d'exploitation.

Quel est l'environnement logiciel le plus approprié pour que les concepteurs puissent travailler avec la simulation ? Quelles sont les interfaces disponibles avec les logiciels de CAO, quels sont les modèles de données pris en charge ?

R. Rossetti : Ce que l'on constate c'est que les constructeurs « construisent », la simulation étant une tâche secondaire. Souvent, le constructeur dispose de moins de dix pour cent de son temps de travail pour simuler. C'est une valeur critique. Le danger existe que les constructeurs n'arrivent pas à simuler suffisamment et par là à amener des améliorations concrètes à leur construction en raison du temps limité. Le processus de simulation se compose traditionnellement de plusieurs étapes. Il s'agit notamment de la préparation du modèle de simulation, du maillage, de la résolution et de l'évaluation des résultats. Aujourd'hui il existe une alternative, la simulation en temps réel, qui raccourcit le processus que je viens de décrire à quelques secondes, grâce notamment à l'utilisation d'un grand nombre de processeurs graphiques entièrement parallélisées. On obtient ainsi un résultat immédiat. En déplaçant par exemple une nervure de renfort sur une construction, le concepteur voit immédiatement l'influence physique de cette modification. Ainsi, la nervure peut être déplacée jusqu'à ce que l'effet souhaité, ici le renforcement de la pièce, se produise. À mesure que le processus d'optimisation se déroule, l'utilisateur en apprend beaucoup et rapidement sur le comportement de sa conception. La vitesse de calcul élevée permet même d'utiliser le logiciel durant les discussions et les réunions afin d'orienter immédiatement les décisions. En plus, toutes les interfaces CAO sont prises en charge par cette solution.

La simulation requiert certainement un certain savoir-faire et une certaine expérience, en particulier pour les structures complexes, par exemple en ce qui concerne les paramètres et les conditions limites appropriés lors de la mise en place des modèles de simulation. Comment aidez-vous les utilisateurs de logiciels de simulation à travailler efficacement et à tirer le meilleur parti de l'utilisation du logiciel ?

M. Dutly : Les structures complexes ne sont plus un problème depuis un certain temps. Les algorithmes de maillage arrivent à les absorber avec robustesse et rapidité. Des millions d'éléments sont maillés et souvent résolus en quelques secondes ou minutes. La physique complexe, la détermination des bonnes conditions aux limites requièrent encore le savoir-faire de l'ingénieur. Aussi, pour apprendre rapidement, un accompagnement professionnel est utile. CADFEM propose cet accompagnement de diverses manières. A travers le support, la formation certifiée de base ou avancée, avec le post-diplôme CAS, les études de master. Et aussi lors des conférences sur la simulation que nous organisons chaque année en Suisse et qui rassemblent près de 400 personnes partageant leurs expériences. Il se trouvent que certains utilisateurs sont un peu isolés et n'ont pas d'échanges avec d'autres utilisateurs, ce qui peut nuire à la qualité. Celui qui n'a pas de « sparing partner » fera beaucoup plus souvent des erreurs qu'une équipe. C'est cette équipe manquante que fournit CADFEM, avec tous ses spécialistes. Pour chaque problème, vous trouverez chez CADFEM un spécialiste, qu'il vienne d'Inde, de France, de Pologne, d'Angleterre, d'Allemagne ou même de la filiale récemment créée en Ukraine.

Quelles sont les différentes possibilités de simulation disponibles aujourd'hui ? Pour quelles industries avez-vous réalisé des logiciels spécifiques ?

R. Rossetti : Pratiquement tous les phénomènes physiques peuvent être traités avec des modèles numériques, dans tous les secteurs industriels, complétés par des solutions verticales qui ne traitent qu'un seul aspect, mais de manière extrêmement efficace. Elles sont de plus en plus prisées, car les entreprises sont confrontées à un problème majeur : le manque de personnel qualifié. En effet, les applications verticales permettent à des non-spécialistes de lancer en quelques clics des simulations complexes en arrière-plan. Les résultats sont contrôlés en termes de qualité et ne dépendent pas des connaissances de l'utilisateur. Quelques exemples : la conception de dissipateurs thermiques dans l'électronique, des processus de mélange dans la chimie, des bouteilles PET dans l'industrie des boissons et des supports dans l'industrie du bâtiment. CADFEM propose également des extensions Ansys (CADFEM Extensions) qui permettent de simplifier considérablement la conception et le développement de roulements à billes, d'automatiser la vérification des vis, ou encore de contrôler la résistance à la fatigue des pièces mécaniques soumises à des contraintes.

Quelles autres évolutions et tendances voyez-vous en matière de calculs et de simulations ? Par exemple, comment l'intelligence artificielle (IA), qui fait actuellement l'objet d'un vaste débat, va-t-elle influencer les logiciels ou même les marquer à l'avenir ?

M. Dutly : « The sky is the limit ». Le plus grand marché, l'alimentation, est encore totalement inexploré. En effet, nous devons développer les produits alimentaires de manière plus efficace. Nous ne pouvons plus accepter autant de déchets dans la production alimentaire. Nous devons réduire l'empreinte carbone. Franchement, cela intéresse encore peu de gens actuellement dans le monde du développement. Il serait possible de déterminer l'empreinte carbone et de la réduire avec peu d'efforts. Nous avons un exemple récent concernant la conception d'emballage de protection au transport. Grâce à la simulation, un client économise chaque année 150 000 francs de matière, car celle-ci est désormais placée au bon endroit ; et ce client économise en plus 300 000 francs sur les retours, car les dommages dus au transport ont drastiquement diminué. Au total, les économies réalisées s'élèvent à environ 500 000 francs par an, alors que les dépenses liées au projet de simulation n'ont été que de 20 000 francs.

R. Rossetti : La partie la plus importante de l'ingénierie basée sur l'IA, ce sont les données. L'ingénieur entraîne l'IA en l'alimentant avec les données dont elle a besoin pour accomplir la tâche en question. C'est là que la simulation, avec sa précision de prédiction, sa grande capacité à générer des données, ses possibilités d'analyse quasi illimitées et ses résultats rapides, peut-être d'une grande aide. C'est pourquoi l'intégration de l'IA avec la simulation est un élément décisif sur la voie d'une ingénierie « augmentée » par l'IA à part entière. Un autre avantage des méthodes basées sur l'IA est leur capacité à utiliser des données historiques. En fait, l'IA peut transformer les données anciennes en un trésor précieux. Alors que l'IA profite de la simulation, la simulation profite également de l'IA. L'IA peut rendre la simulation jusqu'à cent fois plus rapide, comme nous le voyons dans les simulations basées sur l'IA. Mais malgré les innombrables avantages de la simulation, de l'IA, de l'automatisation ou d'autres aides informatiques similaires, il reste une place importante et valorisante pour les humains. Les ingénieurs, mais aussi les constructeurs et d'autres professionnels sont encore nécessaires pour nourrir l'IA de données et combler le fossé entre l'IA, la simulation et la technologie. Ces professionnels seront tout simplement plus efficaces avec de puissants outils de conception basés sur l'IA, libérant une énorme créativité.

M. Dutly : Terminons sur une note d'espoir et regardons l'avenir avec un télescope. Stefan Mohr, le directeur du développement du fabricant d'articles de sport HEAD Sport, a déclaré à ce sujet : « La simulation avec ANSYS est comme un télescope qui vous permet de regarder dans un pays où vous n'êtes pas encore allé ! »

MSM

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