Essais & Simulations n° 135

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dossier Imaginez un ingénieur travaillant sur la conception d’un lanceur spatial dépassant les 60 mètres de hauteur, ou même un objet de taille plus raisonnable comme une voiture, par exemple. Il lui est nécessaire de passer en revue, dans le détail, toutes les caractéristiques : volume, interactions entre les éléments, fonctionnalités techniques, manipulations nécessaires à la maintenance future... Cette revue minutieuse et complexe de sa maquette 3D sur un écran d’ordinateur en deux dimensions est réalisable, mais source d’incompréhensions et donc d’erreurs. En effet, le cerveau humain et les systèmes perceptifs sont conçus pour fonctionner dans un monde en 3D, et non pour appréhender un monde en 3D projeté sur un écran 2D. Il manque un aspect essentiel à la compréhension intuitive d’un tel projet : la dimension de la taille réelle, de la profondeur, du volume. Tous les participants du projet doivent alors se réimaginer cette troisième dimension et à quoi ressemblerait l’objet s’il existait en vrai, à taille réelle. Tout le monde n’ayant pas le même niveau de compréhension, cette réinterprétation sera potentiellement différente pour chacun, et la communication sera d’autant plus difficile. Tout le monde a déjà vécu ce type de problème lorsque l’on essaie d’imaginer à quoi ressemblerait un appartement sur plan une fois construit. Qui ne s’est jamais dit : « ah, je voyais ça plus grand » ? Difficile dans cette configuration pour cet ingénieur d’avoir une appréhension globale et à la fois précise de son projet haut de 30 étages et donc d’identifier tôt le plus d’erreurs de conception possible, inévitables dans tous les projets d’ingénierie, quelle que soit la taille du produit. Le prototype virtuel à échelle 1 pour accélérer l’identification des erreurs de conception Maintenant, imaginons que ce même ingénieur dispose, toujours en phase de conception, de la possibilité d’accéder rapidement à un prototype virtuel à taille réelle de son projet. La visualisation virtuelle à l’échelle 1 lui permet désormais de se déplacer à l’intérieur de son lanceur, d’en voir clairement chaque élément. Encore mieux que « dans la vraie vie », il peut manipuler tous les objets de son modèle, les déplacer, les repositionner, faire des découpes, des annotations, effectuer des suppressions, modifier les dimensions… Cette visualisation immersive associée à la possibilité de réaliser des simulations en conditions réelles d’utilisation, lui permet en outre d’effectuer quantité de tests. Les erreurs, qui normalement n’apparaîtraient que plus tard dans le projet ou lors de l’exploitation, sont ainsi drastiquement réduites. Un problème repéré sur un prototype en réalité virtuelle dès la phase de conception peut être résolu immédiatement et le projet représenté pour validation dans un laps de temps très court. Application dans le secteur aéronautique Le prototype virtuel vaut mille images : l’interdisciplinarité au service de l’optimisation de la conception En effet, la réalité virtuelle permet également d’optimiser les prises de décisions. Décideurs, ingénieurs, designers, responsables marketing, opérateur de maintenance ou de ligne d’assemblage, futurs utilisateurs, prestataires externes, etc. : tout au long de la chaîne de conception, des centaines de parties-prenantes sont amenées à donner leurs avis et à valider les choix et options. Parce qu’elle permet de réunir tous les acteurs dès le début – y compris à distance – dans un environnement virtuel autour d’une visualisation réaliste du projet, la réalité virtuelle offre à tous les métiers un espace de dialogue pour partager connaissances et informations sur la base d’un référentiel commun grâce au pouvoir de la visualisation à taille réelle, qui permet une compréhension sans équivoque. ● Par Sébastien Kuntz, fondateur de MiddleVR Réalité virtuelle et retours sur investissements En utilisant la réalité virtuelle… • Le Cnes, le centre spatial français, a gagné un an sur un projet d’une durée de quatre ans • NVidia observe chez ses partenaires industriels une réduction de 60 à 65% des erreurs de conception • Safran Nacelles a finalisé un projet avec huit mois d’avance sur le calendrier initial de dix-huit mois avec une réduction de 40% sur le budget 42I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>135</strong> • novembre 2018
dossier Outils Optimiser la conception des véhicules grâce à des applications de simulation Dans le but d’accélérer ses processus de conception produits et de favoriser une meilleure collaboration entre les différents services de l’entreprise, l’équipe de Mahindra, célèbre constructeur indien de voitures et de machines agricoles, a choisi de faire appel aux applications de simulation de l’éditeur américain Comsol. La conception produits pour les constructeurs automobiles est un processus itératif qui nécessite une parfaite collaboration entre les analystes de l’ingénierie assistée par ordinateur (IAO), les ingénieurs concepteurs, l’équipe de fabrication et les fournisseurs. Comme les nouveaux véhicules sont lancés sur le marché à un rythme de plus en plus élevé, une collaboration efficace est nécessaire pour rationaliser le processus itératif et maintenir un avantage concurrentiel. L’un des principaux objectifs d’une entreprise comme Mahindra est de rénover ses processus tout en assurant la qualité, la sécurité et la fiabilité attendues par ses clients. Les applications de simulation (apps) utilisées pour rendre le processus de conception plus inclusif et plus robuste sont donc essentielles pour le succès de l’équipe. Défis lors de la conception du produit La collaboration peut être un processus qui prend beaucoup de temps et qui exige que les équipes consolident leur expertise d’une manière significative et efficace. Les concepteurs exigent des évaluations sur les nouveaux concepts ou des ajustements sur les concepts existants, ce qui peut s’avérer difficile au vu de la complexité des phénomènes physiques en jeu. Les analystes IAO possèdent toutefois une expertise en simulation qui leur permet de gérer des niveaux élevés de complexité. Ils peuvent ainsi aider pour l’évaluation des concepts par le biais d’une analyse détaillée de l’IAO. Toutefois, le nombre d’analystes étant insuffisant et les demandes toujours plus nombreuses, il peut être difficile d’obtenir ces évaluations en temps voulu. Le délai de conception d’un composant pour un véhicule varie en fonction du nombre d’aller-retours nécessaires à sa mise au point, ce qui peut représenter des mois de travail dans certains cas. Selon la complexité de la conception, l’analyse de l’IAO peut à elle seule prendre des semaines voire des mois. En se basant sur les résultats de la simulation, les concepteurs apportent des modifications, puis ils doivent de nouveau attendre la validation de la conception par l’équipe IAO. Ces itérations sont cruciales pour la sécurité et la fiabilité du véhicule. Pour gagner du temps, l’équipe Méthodes de Mahindra a utilisé l’outil Application Builder disponible dans le logiciel Comsol Multiphysics. L’équipe a ainsi pu étudier différentes options pour la conception des barres stabilisatrices et des châssis. Le recours aux apps a permis de réduire considérablement les temps d’itération par rapport à l’approche conventionnelle. Une approche innovante pour la conception des barres stabilisatrices Une des pièces essentielles à la suspension qui permet de limiter le roulis d’un véhicule est la barre stabilisatrice (Figure 1). Il s’agit généralement d’une poutre creuse ou pleine avec de multiples courbes. Pour modéliser avec précision les déformations et les contraintes d’un tel composant, les concepteurs doivent s’assurer que les niveaux de rigidité et de contraintes voulus sont respectés, soit en collaborant avec les analystes IAO, soit en demandant la validation à leurs fournisseurs. Une fois le modèle validé et les résultats en accord avec les expériences, une application de simulation est créée. Figure 1 : Barre stabilisatrice ou anti-roulis standard L’application de simulation des barres stabilisatrice s’adapte à une grande variété de situations, avec jusqu’à quinze courbures possibles et la capacité d’explorer des barres creuses ou pleines (Figure 2). L’utilisateur final, généralement un membre de l’équipe de conception, saisit les coordonnées des ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>135</strong> • novembre 2018 I43
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