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La semaine de Jean-François Prevéraud

LMS mise sur la simulation hybride

Industrie et  Technologies
J'ai profité de l'Engineering & Simulation Conference que l'éditeur belge LMS tenait hier et aujourd'hui à Paris pour interviewer Urbain Vandeurzen, Chairman & CEO de l'entreprise, sur sa vision du monde de la simulation.


« Le futur est déjà là », clame d'entrée de jeu Urbain Vandeurzen, Chairman & CEO de LMS International, spécialiste belge de la simulation numérique, des systèmes d'essais et des services d'ingénierie associés. « Notre rôle est de fournir à nos clients les outils et méthodologies, qui leur permettront de rencontrer le succès dans leur course à l'innovation produit. C'est à dire développer des marques reconnues, renouveler et augmenter leur portefeuille de produits, trouver des concepts innovants tels l'iPhone, l'A380 ou la Tata Nano, réduire leurs coûts et leurs risques. Parallèlement, nous devons aussi les aider à affronter de nouveaux défis : le développement durable ; l'arrivée de nouveaux matériaux et des nanotechnologies ; la globalisation du business avec 1,2 milliards de consommateurs potentiels en plus à horizon 2030 ;la part grandissante de l'électronique et du logiciel dans leurs produits ».

Des défis qui passent par une réduction de la consommation d'énergie et des émissions de CO2, une plus grande recyclabilité des produits, une meilleure protection des utilisateurs des produits contre les risques. Alors que la création de marques reconnues passe aussi par un réel plaisir d'utilisation, une optimisation du confort, une perception sensorielle spécifique, et des performances améliorées. Un ensemble de critères que Toyota résume par la formule : «  zeronize and maximize ».

Une maquette numérique multi-fonctionnelle au niveau système

Si l'on examine le traditionnel cycle en V du développement produit, quels sont actuellement les principaux points d'achoppement ? Déjà au niveau du concept de départ, il faut traduire de manière empirique une multitude de demandes clients, souvent antinomiques, en spécifications physiques. De plus, la prise de conscience environnementale impose la mise en place de nouvelles approches de conception et d'architecture de produits novatrices, qui restent à inventer.

Lorsque l'on s'intéresse au développement des composants entrant dans le produit, il faudrait pouvoir augmenter et améliorer l'utilisation de la simulation 3D lors de la conception détaillée. Mais trop souvent les données 3D ne sont pas complètement figées et disponibles, tandis que les technologies de simulation montrent leurs limites.

De même, au niveau des sous-ensembles, il faudrait pouvoir intégrer la mécanique avec l'électronique de contrôle, dans une véritable approche mécatronique. Mais force est de constater que les deux technologies font l'objet de développements séquentiels totalement déconnectés et, qu'au mieux, on essaye de superposer deux cycles en V totalement indépendants.

Enfin, il y aura toujours les coûteux et retardateurs changements de dernière minute, qui imposent de nouvelles validations au niveau du système global, alors qu'il est pratiquement réalisé.

« C'est pour faire sauter ces quatre grands goulets d'étranglement que nous commençons à proposer à nos clients une approche de maquette numérique multi-fonctionnelle au niveau système. Elle permet de combiner nos outils de simulation fonctionnelle (AmeSim/Imagine.Lab) et numérique 3D (Virtual.Lab) avec nos outils de simulation physique (Test.Lab) pour faire de la simulation hybride. Le tout de manière proportionnelle aux besoins des différents niveaux d'utilisateurs », explique Urbain Vandeurzen.

Un discours finalement très proche de celui des éditeurs d'outils de simulation dédiés au monde de l'électronique, qui peuvent travailler sur différents niveaux d'abstraction et différents types de technologies, tout en intégrant du logiciel et/ou du matériel dans la boucle de simulation.

MIL + SIL + HIL = simulation hybride

Regardons en détail les solutions proposées par LMS pour éliminer chacun des quatre grands goulets d'étranglement évoqués précédemment.

« Nous devons développer un véritable "Front-End" qui aide nos clients de réutiliser leur savoir-faire dans le développement de nouveaux produits. Il doit aussi permettre d'évaluer facilement plusieurs alternatives, voire des produits concurrents. Pour cela, nous travaillons sur des technologies d'analyse du chemin de transfert (Transfer Path Analysis) qui permettent d'évaluer rapidement l'impact d'un composant sur un ensemble en fonction d'un objectif à atteindre. Une telle approche en cascade permet de réduire de 80 % le temps nécessaire aux premières simulations ».

De plus, on peut associer ces technologies à des outils de morphing qui permettent de générer facilement les maillages de nouvelles pièces en tirant parti de l'expérience du maillage des pièces précédentes et en leur appliquant les nouvelles géométries. « Cela peut aller très loin, car on reconnaît les singularités d'assemblage de poutre, afin adapter automatiquement les maillages »

De même, l'utilisation des outils tel AmeSim permet de créer une maquette fonctionnelle d'un ensemble et d'évaluer très vite l'apport de nouveaux concepts tels l'hybridation dans le domaine de la motorisation des véhicules terrestres ou l'usage de l'électricité dans les avions. Cette première étape est matérialisée par le concept de Model in the Loop (MIL) ou modèles inclus dans la boucle de simulation.

« La simulation 3D doit faire usage d'un plus grand réalisme, afin d'être beaucoup plus productive ». Ainsi on pourra partir de la modélisation fonctionnelle d'un sous-bassement roulant de véhicule, auquel on ajoutera la modélisation simplifiée de tous les composants pour évaluer le comportement routier ou la transmission des bruits de roulement. L'ajout de la modélisation détaillée permettra d'aller jusqu'à la détermination de la durée de vie de la structure ou du niveau de confort acoustique dans l'habitacle. « Mais il faut aller au-delà du 3D en incluant par exemple le logiciel de commande des éléments mécatroniques, c'est le Software in the Loop (SIL) ».

C'est alors le logiciel de commande qui sera réellement utilisé sur l'équipement qui va créer les cas de charges que l'on doit simuler. Il devient ainsi possible d'analyser le comportement routier ou la consommation d'un véhicule virtuel en fonction des actions que le conducteur exerce sur l'accélérateur, les freins et le volant. De même, on pourra évaluer le comportement d'un train d'atterrissage en fonction des actions du pilote de l'avion sur les commandes.

Déjà appliqué chez Ford

LMS plaide aussi pour une modélisation multi-attributs des systèmes, afin que le même modèle puisse servir pour des essais aussi divers que le crash, le comportement dynamique, la transmission des vibrations ou la résistance structurelle. « Cela suppose la possibilité d'utiliser sur ces modèles de multiples types de solveurs et de méthodes de résolution. Il faut ainsi pouvoir combiner la méthode des éléments finis avec celle des intégrales de frontières. De plus, ces nouvelles fonctionnalités étant gourmandes en performances de calcul, nous participons à de nombreux travaux autour des grilles de calcul. Nous travaillons pou cela avec de nombreux éditeurs de codes de calcul et nous participons à plusieurs projets européens tel SimDat avec Audi et Renault ».

L'usage de telles techniques a été démontré lors de la conférence par Mario Felice, responsable du calcul vibratoire de la division Powertrain de Ford Motor. Ils sont ainsi capables de prédire le bruit généré par la chaîne de distribution d'un futur moteur V6 et de régler les paramètres de son tendeur, en tenant compte du fonctionnement réel de toute la chaîne cinématique du véhicule.

Cette amélioration du réalisme de la simulation peut passer par l'introduction dans la boucle de simulation de modèles reflétant le comportement réel d'un sous-ensemble existant, un pneu par exemple ou l'injection de valeurs mesurées sur un prototype physique.

Afin d'améliorer la prise en compte de l'électronique de commande dans la simulation, LMS travaille à trois niveaux. « Les ingénieurs créent à l'aide d'AmeSim des modèles fonctionnels physiques des équipements qui leurs servent à modéliser des logiques de commande dans des outils tels MatLab et Simulink. Ces outils servent à la génération des logiciels et au développement des matériels sur lesquels ils seront implémentés pour piloter la mécanique. Deux étapes pour lesquelles nous intervenons à l'aide de nos systèmes de test physiques, tout comme lors de l'intégration mécanique/électronique ». Des approches qui ont permis, par exemple, l'optimisation des performances de systèmes de suspension active, tout en minimisant leur consommation énergétique.

Enfin, pour faire face aux modifications de dernière minute, LMS a su justement tirer parti de son savoir-faire en tests physiques. « Nous sommes capables d'introduire des sous-ensembles réels dans la boucle de simulation (Hardware in the Loop - HIL) ». Ainsi lors du développement d'une chaîne cinématique hybride pour un nouveau véhicule, c'est un moteur réel qui pilotait les modèles de boîtes de vitesses et d'arbres de transmission.

De la mécatronique à l'adaptronique

On l'aura bien compris, LMS mise sur une simulation hybride des équipements mixant le fonctionnel et le comportemental, le virtuel et le réel, le logiciel et le matériel. Une vision en fait pas très éloignée de celle de Bernard Charlès chez Dassault Systèmes. Rien de bien étonnant car LMS est partenaire CAA V5 de l'éditeur français, c'est à dire qu'il utilise cette plate-forme pour le développement de tous ses produits et que ceux-ci sont directement compatibles avec l'environnement Catia. « Cela ne nous empêche pas de travailler avec tous les autres acteurs du monde du PLM chez nos clients, par exemple Unigraphics chez General Motors ou Pro/Engineer chez Caterpillar », tient à préciser Urbain Vandeurzen.

« De plus, nous sommes une société privée, détenue à plus de 60 % par ses fondateurs, qui réalise un chiffre d'affaires supérieur à 200 millions de dollars et qui est largement profitable. Si l'on ajoute à cela que nous tablons sur un doublement de notre chiffre d'affaires dans les 5 années à venir. Vous comprendrez notre volonté de rester indépendant ».

A ma remarque sur l'absence d'offre dans le domaine de la simulation des processus de fabrication, Urbain Vandeurzen précise : « c'est vrai nous n'avons pas d'offre directe, mais il existe de nombreux outils sur le marché et nous pouvons récupérer les résultats de leurs simulations en les introduisant sous forme de variance dans nos outils, dans le cadre d'une démarche Design for 6 Sigma. Cela se fait notamment à travers l'outil Optimus de notre filiale Noesis. Des outils qui servent aussi pour introduire des résultats d'essais physiques dans nos modèles de simulation ».

On sait que l'une des demandes pressantes des spécialistes du calcul réside dans l'absence d'outils de gestion de données répondant aux besoins du monde du calcul (voir notre compte-rendu de la réunion Nafems). « Nous disposons d'outils propriétaires tel Tec.Manager pour gérer les données spécifiques au calcul (cas de charge, procédures, rapports de résultats, versions de licences...), ou Test.Lab Web Navigator pour les tests physiques, par contre nous n'avons pas l'intention d'aller plus loin, nous proposons simplement des passerelles vers les principaux outils généralistes de gestion de données du marché ».

Reste que les décisions techniques sont bien souvent dues à des contraintes budgétaires. Quid alors d'un tableau de bord intégrant aussi des données économiques ? « Nous disposons en interne d'un tel outil sur base Oracle afin de piloter nos propres développements, mais pour le moment nous n'avons pas encore pris de décision vis-à-vis de sa commercialisation dans le monde de l'ingénierie ».

« Vous savez, nous sommes dans un monde où nous aurons de plus en plus besoin "d'adaptronique", c'est à dire d'un savant mélange de technologies permettant d'offrir des produits toujours plus performants et attachants pour les consommateurs, tout en réduisant leur impact sur la planète. C'est ce que nous nous appliquons à nous même pour offrir à nos clients les outils qui leur serviront à relever leurs propres défis », conclut Urbain Vandeurzen.

A la semaine prochaine

Pour en savoir plus : http://www.lmsintl.com

Jean-François Prevéraud, journaliste à Industrie & Technologies et l'Usine Nouvelle, suit depuis plus de 27 ans l'informatique industrielle et plus particulièrement les applications destinées au monde de la conception (CFAO, GDT, Calcul/Simulation, PLM...). Il a été à l'origine de la lettre bimensuelle Systèmes d'Informations Technologiques, qui a été intégrée à cette lettre Web hebdomadaire, dont il est maintenant le rédacteur en chef.

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