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La semaine de Jean-François Prevéraud

Industrie et Technologies
Lors du séminaire sur comment évaluer la rentabilité de la simulation numérique organisé par Micado, j'ai rencontré des responsables de Renault, PSA et Thales qui m'ont expliqué leur démarche.

Etant hébergé au Technocentre de Renault, c'est Michel Faivre-Duboz, directeur de l'ingénierie véhicule de ce constructeur qui a planté le décor du séminaire sur l'évaluation de la rentabilité du calcul organisé par la commission simulation numérique de Micado.

' En une génération de véhicule, soit huit ans, nous sommes passés d'une durée de projet entre le gel du style et la sortie du véhicule de 48 mois à 30 mois, voire 28 ou 26 mois sur certains projets. Et cette tendance va se poursuivre dans les années à venir.

Dans le même temps, les motivations de nos clients ont fondamentalement évoluées. Le plaisir automobile ne se décline plus aujourd'hui en termes de puissance et de performances, mais plutôt par le "zéro ennui" pendant toute la durée d'usage de nos véhicules. C'est donc ce que nous devons valider et prouver durant le cycle de développement de nos produits.

C'est pourquoi la simulation numérique nous est d'un grand secours, car elle permet de valider en permanence si le déterminisme du cahier des charges initial est respecté. Ainsi, tout en faisant l'économie de la plupart des scénarios physiques, nous pouvons intervenir sur le développement du produit en temps réel plutôt que de faire a posteriori des concessions et des ajustements sur le cahier des charges au vue des informations obtenues sur des prototypes physiques venant souvent tard dans le cycle de développement '.


Effectivement, le choix d'une filière totalement numérique pour le développement d'un nouveau véhicule permet de regrouper facilement en salle de réalité virtuelle les 24 Groupes Fonction Elémentaire constituant une voiture. Les différents experts peuvent alors découvrir très rapidement les sources de problèmes potentiels et orienter leurs travaux.

Cela facilite grandement la résolution très en amont du cycle de développement de problèmes jusque là ardus tel la réalisation d'une caisse à la fois légère et rigide résistant bien aux chocs, limitant les propagations de bruits et assurant un guidage parfait des trains roulants.

' Il est certain que l'usage de la simulation numérique participe de manière significative à l'indispensable rabotage du ticket d'entrée pour développer un nouveau véhicule. Par contre, il est très difficile d'en mesurer le retour sur investissement ponctuel ', estime Michel Faivre-Duboz. Pour fixer les idées, il a quand même donné quelques chiffres. ' Le développement fortement numérique de Mégane II nous a coûté 150 millions d'euros de moins que celui de Megane I, alors que c'était un véhicule totalement nouveau. Il faut savoir qu'un prototype physique en moins, c'est 10 à 15 millions d'euros d'économisés '.

Par contre, il reste une grande interrogation : les prix des licences des logiciels de simulations ne sont-ils pas surévalués ? Ainsi chez Renault le coût annuel des licences de logiciels de calcul et simulation dépasse les 7 millions d'euros, alors que celui des licences de logiciels de CAO a été ramené à 5 millions d'euros, le nombre de licences en service étant sans commune mesure.

' Je n'ai pas de doute sur la rentabilité de la simulation numérique, par contre il nous faut trouver le bon réglage du curseur. Faut-il en faire plus ou moins ou mieux ? L'évolution de la puissance des outils a changé la donne. Il devient facile de lancer des calculs précis et relativement rapides sur des modèles de plus en plus fins. Par contre, l'exploitation des résultats reste toujours complexes. Il nous faut donc améliorer nos méthodologies de travail et la formation des utilisateurs, afin d'optimiser notre chaîne de développement numérique ', conclu Michel Faivre-Duboz. A quand du Kaisen dans les bureaux de calcul ?

Les critères de choix et de rentabilité de PSA

Autre expérience mise en valeur au cours de ce séminaire, celle de PSA Peugeot Citroën, qu'Emmanuel Chamouton, chef de pôle moyens techniques et scientifiques à la Direction des Projets et des Métiers techniques Organes est venu présenter.

' Pour nous le développement de l'usage des outils et méthodes numériques fait partie de notre PLM (PLan Métier). C'est un programme de R&D des métiers opérationnels qui a pour objectif de développer les nouveaux savoir-faire produit, process ou méthodologiques en vue de leur application dans les projets véhicules et organes. Il a aussi pour objectif d'améliorer la performance de l'outil industriel du groupe '.

Ce PLM est un projet transmétiers, organisé autour d'axes transversaux. Son animation centrale est réalisée par un secrétariat technique et industriel d'environ 80 personnes, chargé d'assurer la synergie entre les différents métiers de l'entreprise, alors que le pilotage opérationnel reste du ressort des métiers. Chaque projet dure au maximum 2 ans et doit être raccroché à un projet automobile.


Le programme PLM se prépare un an à l'avance. La direction générale du groupe définit les grands axes de travail et le cadrage budgétaire. Il s'ensuit un recensement des sujets dans chacun des métiers par les correspondants et une première consolidation. A ce stade plus de 300 projets sont en compétition. D'une première synthèse faite au niveau direction et des itérations avec les différents métiers ressortent de 60 à 80 projets viables. Ceux-ci sont présentés au comité exécutif sous forme d'une proposition construite (lotissement des différents projets), argumentée (chiffrage des gains) et budgétée pour validation. Ils sont ensuite lancés dès approbation.

' Les critères de choix pour retenir les différents projets sont de trois ordres. Mieux respecter les normes automobiles existantes ou anticiper des normes à venir comme celles sur le choc piéton, ou Euro 4 et Euro 5. Réduire les délais de conception, c'est notamment le cas pour l'intégration des méthodes de calcul dans le schéma de développement produit. Augmenter la couverture de prestation, afin de mieux orienter les choix de conception. C'est par exemple le cas de l'intégration du tolérancement au niveau de la CAO '.

Les critères de rentabilité portent sur la réduction de la charge de conception, c'est à dire en faire plus à effectif constant, ainsi que sur la réduction du nombre de prototypes. Autre critère important la réduction du nombre des essais physiques et/ou de leur durée. ' L'apport du numérique est décisif dans ce domaine. On peut sélectionner numériquement les cas les plus intéressants à simuler physiquement et proposer des plans d'expériences pour tirer le meilleur parti des quelques essais effectués '. Enfin, dernière catégorie de critères de rentabilité retenue, la conception dans une cible définie, dite encore à risques quantifiés, où l'on conçoit en fonction de critères de défaillance acceptables.

Emmanuel Chamouton a donné un exemple de projet retenu dans le domaine numérique. Le maillage initial d'un bloc moteur à l'aide d'éléments hexaédriques demandait 35 jours, plus 5 jours de retouches majeures, le tout en sous-traitance. Il fallait ensuite 4 jours en interne pour faire des retouches mineures, puis 30 jours pour effectuer 15 itérations de calcul. Le passage à un maillage tétraédrique a permis de réduire à 12 jours le maillage initial suivi de 2 jours de retouches majeures, puis de traiter en interne les retouches mineures en 1 journée. La phase itération de calcul restant inchangée. ' Ainsi au global, nous avons pu réduire de 39 % notre cycle global et faire passer la sous-traitance de 40 à 14 jours, soit une réduction de 65 % '. Le gros du travail de validation a porté sur la vérification que la modification du maillage n'imposait pas d'itérations supplémentaires de calcul qui seraient venues réduire les gains escomptés initialement.

' Par contre, ne nous y trompons pas, comme dans tous nos projets, l'amélioration de la qualité du travail réalisé n'est pas un argument de choix décisif. Cela fait partie de notre combat et de nos objectifs quotidiens et ce n'est pas négociable. Nous devons toujours faire mieux, qu'il y ait un projet financé ou non '.

L'exemple de l'optronique

Ensuite, Philippe Leconte de Thales Optronique, est venu présenter les enjeux de la simulation pour son groupe. ' Les systèmes optroniques que nous concevons et fabriquons servent essentiellement dans le domaine militaire pour faire de la reconnaissance ou du guidage laser. Ils sont embarqués dans des nacelles placées sous le ventre d'avions ou d'hélicoptères, sur des blindés ou encore à bord de navires. Ils sont donc de ce fait très exposés aux vibrations alors que l'on nous demande des précisions de pointage toujours plus grandes. Ainsi l'amplitude vibratoire tolérée autour d'un axe était-elle supérieure à 100 µradians dans les années 70, elle doit être inférieure à 10 µradians aujourd'hui. Dans le même temps, la puissance dissipée est passée de moins de 10 W/dm² à plus de 50 W/dm². La simulation est donc pour nous depuis près de 10 ans un moyen essentiel pour rester compétitifs. Elle nous permet de tenir des performances toujours en hausse, d'obtenir des informations pour orienter nos recherches et innovations, enfin de fiabiliser nos matériels tout en réduisant nos coûts et nos cycles de développement '.


Mais avant de devenir un outil indispensable, la simulation a dû faire ses preuves. Thales Optronique a ainsi mené de longues campagnes d'essais physiques dans un premier temps pour recaler ses modèles, puis pour acquérir la confiance des spécialistes, afin de limiter les essais physiques aux seuls cas particuliers. Son usage est maintenant systématique pour tout ce qui a attrait à la structure même de ses équipements, à leur thermique interne et pour valider qu'un changement de fournisseur d'élément n'aura pas d'impact sur les performances globales de l'équipement.

' En ce qui concerne la rentabilité de la simulation, elle est difficile à quantifier, même si elle est certaine, car elle se fait à plusieurs niveaux. L'économie d'un prototype physique se chiffre chez nous par quelques millions d'euros et surtout par un gain sur les délais de l'ordre d'un an. D'où l'intérêt de faire bon du premier coup, tout en supprimant des essais coûteux. Pensez au prix de l'heure de vol de l' avion de chasse portant notre prototype. Nous pouvons aussi réduire le coût de nos équipements en utilisant des matériaux un peu moins nobles. Ainsi, certaine pièces en alliage léger devant présenter une grande raideur ne comportent plus de béryllium. Enfin, la simulation nous permet d'étudier des phénomènes difficilement reproductibles ou d'aller chercher des détails inaccessibles, par exemple dans des liaisons où on ne peut pas placer de capteurs '.

Enfin, Thales Optronique entend augmenter la rentabilité de la simulation en procédant à une meilleure intégration entre CAO et calcul notamment dans les phases de prédimensionnement pour orienter les prises de décision au jour le jour et éviter les blocages en attente de résultats de tests. La simulation est aussi vue chez Thales Optronique comme un outil permettant de conserver et de capitaliser l'expertise de l'entreprise, ainsi que de gérer et de valider les travaux confiés à la sous-traitance.

Les éditeurs présents tels Altair Engineering ou Flowmaster ont ensuite présenté des outils propriétaires leur permettant d'évaluer, au cas par cas avec leurs clients, le retour sur investissement que l'on peut espérer de l'utilisation de leurs outils.

Enfin, ce qu'il faudra retenir du débat avec la salle à propos de la rentabilité du calcul est cette remarque de Benoît Leclercq de MBDA : ' plutôt que de se lancer dans des calculs toujours plus sophistiqués, où la moindre vis est modélisée et qui souvent n'apportent pas grand chose, mieux vaut se focaliser sur le bon calcul au bon moment '.

Encore une fois, les hommes et la méthodologie prennent le pas sur les outils.

A la semaine prochaine.

Pour en savoir plus
- http://www.af-micado.com/

Jean-François Prevéraud, journaliste à Industrie & Technologies, suit depuis plus de 23 ans l'informatique industrielle et plus particulièrement les applications destinées au monde de la conception (CFAO, GDT, Calcul/Simulation, PLM…). Il était jusqu'à une date récente rédacteur en chef de la lettre bimensuelle Systèmes d'Informations Technologiques, qui a été intégrée à cette lettre Web hebdomadaire.

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