Cycles de vie des marchandises de plus en plus courts, réduction des coûts de production imposée et pression de la concurrence obligent, les fabricants d’appareils en tous genres (du satellite au téléphone mobile, en passant par la voiture, la machine à laver, le pneu, l’ordinateur, les chaussures ou autres objets plus ou moins complexes), n’ont plus ni le temps, ni les moyens de produire des dizaines de prototypes. Leurs départements de recherche et développement font donc de plus en plus appel à l’informatique pour concevoir, évaluer, tester et utiliser un produit, avant même de le fabriquer.L’exercice informatique se déroule en plusieurs étapes : la modélisation, la simulation, le rendu et le contrôle. La phase de modélisation consiste à créer géométriquement le produit, et à assigner à chaque sous-objet qui le compose des paramètres (type de matériau, texture, propriétés physiques, mécaniques, électroniques, fonctionnelles…). La simulation a pour objectif d’analyser le comportement de tout ou partie de l’objet dans des conditions de milieu ou d’usage variables, nominales ou anormales, pour en évaluer, par exemple, la durabilité, les fonctions (mécaniques, électroniques), la robustesse, l’usure, la sensibilité aux changements thermiques (produits ou induits), l’interaction entre les sous-parties de l’objet et des éléments extérieurs, les vibrations et le bruit subis ou générés… Le rendu, quant à lui, doit permettre non seulement de visualiser le produit fini en 3D (rendu visuel), mais aussi, le cas échéant, de l’écouter (rendu auditif) et de le toucher (rendu haptique). Enfin, le contrôle est censé permettre l’activation fonctionnelle, la manipulation et l’utilisation de l’objet, virtuel, au moyen d’interfaces physiques (souris, clavier, reconnaissance vocale, écran tactile…).La simulation, phase centrale cruciale, fait le plus souvent appel à des techniques complexes telles que la FEM ou la FEA (Finite Element Modelisation ou Finite Element Analysis). Cette dernière, initialement utilisée, voire développée, par les pionniers de la simulation que sont les constructeurs automobiles et leurs fournisseurs, ainsi que les industries aéronautiques et spatiales, consiste à décomposer un objet ou une partie de celui-ci en un grand nombre d’éléments de très petites dimensions, rattachés les uns aux autres par des points de connexion appelés n?”uds (node en anglais). Ainsi conçoit-on une sorte de maillage où chaque élément est défini par son type (linéaire, solide…), sa forme, le matériau qui le compose et autres propriétés physiques définies à partir de modèles génériques. La FEA permet de mesurer les mouvements, les tensions, les déformations et autres forces subis par chacun de ces éléments dans diverses situations programmées. Aujourd’hui, ces techniques sont intégrées dans des logiciels commerciaux comme Abaqus d’Abaqus, Marc, Nastran, Dytran et Adams de MSC, Virtual Lab et Sysnoise de LMS, Ansys d’Ansys ou Ls-Dyna de LSTC utilisés par tous les secteurs industriels.Pour parvenir à créer des prototypes virtuels fonctionnels et réalistes, des progrès restent encore à faire. Il faut parvenir à combiner des techniques de simulation issues de l’électronique, de la mécanique… qui n’utilisent pas les mêmes langages informatiques et font appel à des outils différents, et intégrer dans les phases initiales (design, modélisation) les paramètres des conditions de production en aval. Autrement dit, aller jusqu’à modéliser une usine virtuelle pour tenir compte de l’influence des outils de production sur l’objet final (variations thermiques, déformations…), et prendre en considération ces paramètres et contraintes en amont dans le design et les simulations.
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