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En attendant la modélisation

Nadège Aumond

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En attendant la modélisation

© D.R.

Le processus de tolérancement n'est pas complètement modélisé. EADS propose toutefois un utilitaire tout simple, Gaia, qui se révèle très utile.

Le tolérancement est un art. Une affaire de compromis entre les dimensions nécessaires pour que l'assemblage se monte et que le mécanisme fonctionne, et les dimensions effectivement réalisables à un coût raisonnable avec les moyens de production disponibles. L'objectif est donc d'évaluer les variations dimensionnelles et géométriques acceptables des pièces ou d'un assemblage.

Vérification syntaxique et sémantique

Bien sûr, le premier réflexe est d'exiger des valeurs très serrées. Mais des dimensions "parfaites" sont-elles bien nécessaires à tous les endroits de la pièce ? Quel compromis faire au regard du coût de fabrication ? Voilà à quoi doit répondre le concepteur. Des questions qu'il vaut mieux se poser en amont dans le processus de conception car cela peut remettre en cause le choix des solutions technologiques. Seulement, quand la pièce est complexe ou que l'assemblage comprend des milliers ou des millions de pièces, cela devient un vrai casse-tête. Comment ne pas s'y perdre...

En faisant appel à des modèles numériques ? Dans quelques années certainement, mais, en attendant, les industriels doivent se contenter de peu d'outils, car seules quelques étapes du processus sont informatisées. La majorité du raisonnement n'est pas, ou peu, formalisée et les calculs sont encore faits à la main ou au travers de moulinettes "maison" dans un tableur.

Le premier type de logiciel disponible offre une fonction de vérification syntaxique, un peu à la manière d'un correcteur orthographique, car la notation des spécifications géométriques et des tolérances est codifiée. La plupart des éditeurs de logiciels de CAO proposent un tel module. Un cran au-dessus, on trouve la fonction sémantique qui assure une cohérence entre les choix et les formes de la pièce. C'est l'équivalent du correcteur grammatical. Avec les mêmes défauts. Ce type d'outil peut tout de même alerter lors d'erreurs grossières comme de sélectionner le signe de parallélisme entre deux surfaces perpendiculaires. C'est pour l'instant l'apanage du module FTA & PFTA de Catia V5 édité par Dassault Systèmes et de TopSolid de Missler Software.

Validation de concept et analyse cinématique

Les autres logiciels du marché poursuivent le même objectif, la validation de concept, mais plus ou moins en amont du processus de conception du produit. Il s'agit d'une analyse cinématique qui rend compte du bien-fondé des choix ; ils peuvent aussi hiérarchiser les tolérances en établissant une analyse de sensibilité et donner les conséquences en termes de gravité si la tolérance est dépassée. La plupart proposent de faire des validations finales statistiques, c'est-à-dire de regarder si l'assemblage est possible avec une probabilité de rebus calculée.

Les avis sur ces logiciels sont très partagés. Aucun ne fait vraiment l'unanimité. « Ces logiciels sont finalement très peu utilisés dans l'industrie car ils demandent un investissement intellectuel, et donc du temps, ce qui est peu compatible avec les moyens d'une PME », témoigne Éric Pairel, enseignant-chercheur à Polytech'Savoie et responsable scientifique d'un programme de R&D sur le tolérancement et la qualité géométrique au pôle de compétitivité Arve Industries (Haute-Savoie).

Même les grands groupes ne les utilisent pas de façon systématique et estiment que ces outils apportent une aide assez contraignante. Certains vont même jusqu'à dire que les avantages ne sont pas au niveau des inconvénients.

Autant de solutions que de concepteurs

« En fin de compte, il manque un logiciel pour faire la synthèse, mais il n'y a pas encore de modèle de calcul pour l'ensemble du processus. La recherche dans ce domaine a débuté il y a une bonne quinzaine d'années. Il en faudra probablement encore au moins dix pour trouver toutes les réponses », poursuit Éric Pairel.

En attendant le produit miracle, EADS a décidé pour des besoins internes de s'attaquer à l'amont du processus de cotation avec le développement d'un logiciel utilitaire baptisé Gaia (Graph analysis for interfaces of assemblies). Outil graphique s'appuyant sur la méthode classique des graphes d'assemblage, il formalise l'ensemble de la démarche.

Développée avec le Laboratoire universitaire de recherche en production automatisée (Lurpa) de l'ENS-Cachan sous Microsoft Visio, l'application permet de capitaliser l'information liée au tolérancement et d'en conserver une trace depuis l'analyse fonctionnelle.

« Il y a autant de solutions de spécification de tolérancement qu'il y a de concepteurs ! D'où l'intérêt de conserver l'intention de celui qui l'a réalisé, notamment lorsqu'il faut répercuter un changement de conception au cours du cycle de vie du produit », précise Hugo Falgarone, expert en simulation d'assemblage au sein d'EADS-CCR, et chargé du développement de Gaia.

Cet outil permet, en effet, d'identifier très vite l'impact d'un changement sur les autres pièces.

Concrètement, l'application accueille l'analyse fonctionnelle, les séquences d'assemblage, l'analyse de risque (méthode Amdec) pour pointer les exigences majeures (Key Charateristics), la modélisation cinématique et la description les liaisons (méthode des torseurs mise au point par Pierre Bourdet, enseignant chercheur à l'ENS-Cachan). À partir de là, Gaia illustre les chaînes de propagation des variations géométriques, ce qui est difficile à faire en 3D. L'outil capitalise ainsi les calculs effectués par des solveurs de tolérancement 3D. Cette représentation des flux permet de visualiser très vite les surfaces les plus importantes (celles où passe le plus de flux).

Après avoir été adapté aux besoins d'Airbus, Gaia vient d'être déployé au sein de l'équipe Key Charateristics and Tolerancing.

Cet utilitaire généraliste pourrait être déployé hors d'EADS. Des constructeurs d'automobiles se sont montrés très intéressés. Moyennant quelques évolutions, comme l'affinage du découpage fonctionnel des assemblages (création d'un niveau de description supplémentaire) ou le développement de fonctions facilitant le travail collaboratif et l'externalisation de certaines données propres à un composant (gestion de la confidentialité et des versions, entre autres), ils pourraient bien l'adopter. Avant tout comme un outil de communication pour associer davantage leurs fournisseurs au processus de validation des projets. Autre perspective d'évolution, l'adaptation de l'utilitaire à la réalisation des gammes d'assemblage. Voilà un outil qui ne manque vraiment pas d'avenir !

LES PRINCIPAUX LOGICIELS...

- Catia V5 - TAA et FTA & PFTA de Dassault Systèmes - MECAmaster de Mecamaster - AnaTole d'EADS - 3DCS de DCS - CETOL6 sigma de Sigmetrix - Tolerance Manager de PCO Software - EMTolMate de Tecnomatix (UGS) - TopSolid de Missler Software

RENAULT S'INTÉRESSE À GAIA

L'outil informatique Gaia, développé par EADS, suscite l'intérêt de l'industrie automobile. « Le développement d'un tel logiciel est une très bonne idée ; nous n'avons, nous-même, pas encore trouvé la solution idéale pour traiter de l'analyse fonctionnelle dans l'étude du tolérancement », approuve Didier Buysse, responsable innovation IAO pour les moteurs et les boîtes de vitesses de Renault. « Et bien que notre méthodologie soit performante [méthode Procar développée en collaboration avec l'ENS-Cachan], côté informatique, nous travaillons toujours avec le tableur Excel ! Gaia est un outil que l'on peut utiliser à la fois, très en amont du cycle de développement d'un organe, mais aussi en aval si l'on s'intéresse à la traçabilité des données. Il permet de mettre en oeuvre une capitalisation intelligente et vivante. De plus, c'est un utilitaire que les concepteurs peuvent rapidement s'approprier et dont ils peuvent vite voir l'intérêt. C'est un outil qui, s'il subissait quelques développements complémentaires, comblerait un manque chez nous ! »

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