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ARTheque - STEF - ENS Cachan | Contribution à la conception intégrée de pièces et de systèmes

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Academic year: 2021

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Contribution à la conception intégrée

des pièces et systèmes

J.-C. Bocquet & É. Dupinet

La création et l'élaboration d'un produit fait intervenir de nombreux métiers tels que le marketing, la conception, l'étude de fabrication, la fabrication, le contrôle, la distribution et la maintenance. Chacun d'eux a ses exigences, ses règles et ses méthodes qui ont une incidence directe sur le produit. L'approche séquentielle traditionnelle de création d'un produit privilégie l'application des méthodes par métier au produit plutôt que le produit luimême. Chacun des intervenants se doit, à partir d'un jeu de paramètres produit venant de l'intervenant précédent, de définir complètement ses propres paramètres pour les résoudre et les transmettre au suivant (voir figure 1).

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Les travaux de A. BERNARD dans le domaine spécifique de la

production de surface 3D, ou encore de J.-F. RI G A L dans le

domaine plus large de la conception assistée par ordinateur de boîtes de transmissions d'hélicoptères illustrent ce type de spécificités.

Même si certains bouclages ont lieu, ils sont de toute façon limités et n'interviennent que dans des situations extrême. J.-L. AUNE illustre certains de ces bouclages dans son travail sur

l'analyse, la modernisation et la mise en place d'un mode de fonctionnement pour le développement de produits nouveaux.

Ces dernières années ont vu apparaître les approches de type systèmes experts, qui permettent la conception de pièces ou avec l'aide d'un système qui tient compte de contraintes de dimensionnement et de production, comme la conception de pièces forgées par S. TICHKIÉWITCH, ou avec l'aide de systèmes très

spécialisés, comme en éléments finis le maillage automatique intelligent par T. DESALLEUX.

L'approche ici proposée s'appuie sur une démarche « orientée produit » représentée en informatique par un langage et une base de données orientés objets. L'exemple reproduit en figure 2 permet d'expliciter les propriétés des divers paramètres d'un produit. Un produit peut indifféremment être vu comme une pièce, un ensemble de pièces, un outil, une machine, une usine…

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Partant des idées que :

– Seul l'ensemble des paramètres produit définissent complètement celui-ci, le produit n'est plus la seule juxtaposition des paramètres par métier sans liens explicites. Les paramètres sont des quantités physiques du produit (longueur, angle, vitesse, poids, prix…)

Exemple : Le produit (.,.,., pièce j, outil j, machine k, .,.) pièce i (.,., Oi, 1, Oi, 2, Li, 1, Li, 2,.)

outil j (.,., Oj, 1, Oj, 2, Li, 1, Li, 2,.) machine k (.,., Lk, 1, Lk, 2,.,.).

– Le modèle s'enrichit de ses paramètres au cours de son élaboration, les paramètres pouvant être simplement créés, liés, bornés ou instanciés.

Exemple : si un outil j existe pour réaliser un trou dans la pièce j sur la machine k

alors créer Lk, 1 et Lk, 2

alors borner Lk, 1, Lk, 1>Lj, i + (Oj, 2/2)/tang 60 alors instancier Lk, 2 Lk, 2 = Li, 2.

– À chaque instant tout ou partie de l'état des paramètres existants est consultable.

Exemple : Donner tous les liens de Lk, 1.

– Localement des « sous-paramètres » sont nécessaires pour quantifier un critère et en déduire des relations sur les paramètres.

Exemple : Introduction des sous-paramètres : module d'élasticité et limite élastique du matériau de la pièce j pour le calcul de (Li, 1 -Li,2).

Une approche « orientée produit » est introduite.

Ce sont les « exigences » du produit qui créent, gèrent et quantifient les paramètres de définition du produit. Les exigences sont de nature fonctionnelle (pour le marketing, la conception, la production, le contrôle, la maintenance, la distribution) et de nature environnementale (pour tenir compte des contraintes liées à la spécificité de la marque de la société de fabrication, de la sous-traitance, du circuit de distribution…) Un produit est l'agrégation d'objets eux-mêmes produits, l'atome de modélisation produit, à savoir le plus petit élément indécomposable est appelé entité, il est représenté obligatoirement par un ensemble ou graphe de paramètres (figure 3).

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Figure 3

Les exigences fonctionnelles sur le produit sont traduites en fonction des propriétés et les propriétés sont décomposables jus-qu'à être traduites en paramètres. Les propriétés sont des fonc-tions unaires, binaires ou naires des variables produits (figure 4).

Figure 4

L'élaboration d'un produit se traduit alors sous forme d'une description dynamique d'un graphe dont les nœuds sont les paramètres, et les segments, les fonctions entre ces paramètres. Les fonctions résultent de la description même du produit ou de la description des propriétés sur ces produits.

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Une notion de « vue » se doit également d'être développée, afin de disposer d'outils permettant d'une part une définition des fonctions par vue et d'autre part de traduire les paramètres produits en sous-paramètres d'applications, les sous-paramètres étant nécessaires à l'application concrète de telle ou telle phase de l'élaboration du produit.

Exemple : fonction visser

Vue techno : fonction binaire entre deux produits Création d'un filetage sur chacun des deux produits (éventuellement l'un des produits est le standard vis) Vue cinématique : création d'une liaison

ciné-matique hélicoïdale entre les deux produits.

Le modèle de description des pièces et systèmes élaboré dans l'objectif d'une conception-production intégrée s'appuie sur :

une arborescence de produits (qu'il s'agisse d'ensembles, de

sous-ensembles de pièces, de machines aussi bien que de caractéristiques fonctionnelles ou de coûts intrinsèques à ces ensembles ou sous-ensembles). Chaque niveau représente un « et » ou un ou » logique et dans ce dernier cas nécessite des règles de choix. Les feuilles de cet arbre sont des entités indécomposables traduites en ensembles ou en graphes de paramètres.

Une classe de vues (cinématique, géométrique, économique, etc.)

Une classe de propriétés, donc de fonctions à multidéfinitions par

vue qui se traduisent toujours au final par des graphes sur les paramètres produit.

Un graphe de produits traduisant les propriétés fonctionnelles de

la chaîne définition-fabrication du produit par la simple donnée des propriétés de chaque produit. Ce graphe résulte de l'inférence des propriétés sous diverses vues sur l'arbre de description du produit.

Le résultat final de ce modèle est le graphe de l'ensemble des paramètres nécessaires à l'élaboration du produit, que les paramètres soient fixés ou bornés, et donc un champ solution de structures paramétrées répondant aux impératifs fonctionnels.

La description des produits et la définition des propriétés par vue sont traduites par règles.

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(Micat) et un interfaçage avec le logiciel de CAO Catia de chez Dassault Systèmes et, d'autre part, de base de données orientées objets (Gemstone) en interfaçage avec le logiciel Euclid de chez Matradatavision…

Ce travail consiste à élaborer un modèle de représentation de systèmes mécaniques. Ce modèle doit être capable de traduire l'ensemble des paramètres représentatifs de ces systèmes, paramètres qui satisfassent à la description et aux contraintes fonctionnelles imposées.

Bibliographie

AUNE J.-L., (1989) Analyse, modélisation et mise en place d'un mode de

fonctionnement pour le développement de produits nouveaux, thèse de

doctorat, Paris, ENSAM.

BERNARD A., (1990) Usinage tridimensionnel d'outillage de topologie

complexe : analyse des contraintes de production et contribution à l'optimisation du processus d'usinage, thèse de doctorat, Paris,

École Centrale.

DESSALLEUX T., Maillage automatique intelligent, mémoire de DEA,

Cachan, LMT ENS.

DUPINET É., BOCQUET J.-C., A full parametrized Geometric Modeling

system based on technological relationship dependencies, Optimisation of Manufacturing System design, D.L. Shunk (ed.).

MONY C., BOCQUET J.-C., GOSSET P., L'évolution des solutions

d'intégration technique : vers le feature modeling, CIM 90, 1214

juin 1990, Bordeaux.

RIGAL J.-F., (1989) Analyse et modélisation des systèmes mécaniques en

conception assistée par ordinateur. Application à la simulation du comportement statique des boîtes de transmissi9n de puissance d'hélicoptères, thèse de doctorat, Lyon, INSA.

TICHKIEWITCH S., (1987) « Taking into account the forging process

in computer aided design to increase the life of the dies »,

Références

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