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La semaine de Jean-François Prevéraud

Micado fait le point sur la simulation numérique

Industrie et  Technologies
En faisant intervenir un grand intégrateur aéronautique, un équipementier et un prestataire de services, Micado a fait le tour du marché de la simulation et de ses évolutions.


J'ai participé mardi à l'atelier Simulation Numérique organisé par Micado sur le thème : Organisation de la simulation numérique en entreprise étendue : risques et opportunités du travail collaboratif. Sujet intéressant s'il en est à l'heure où les industriels doivent pour maintenir leur efficacité, collaborer avec des partenaires spécialisés, tout en protégeant leur savoir-faire.

Cette matinée était articulée autour de trois présentations faites par Eric Duceau, Directeur Scientifique, Simulation, IT & Systems Engineering d'EADS, Jean-Pierre Bretaudeau, directeur international de la recherche d'Hutchinson et Patrick Grimberg, directeur du prestataire de services Digital Product Simulation.

Chez EADS, durant la phase "architecture" (études avancées) les pièces et les systèmes n'existent pas dans leur version finale, les choix de conception sont donc faits sur les Modèles (de coût, physiques, fonctionnels, de fiabilité, de maintenance...). « Cette modélisation couplée à la simulation nous permet d'innover d'optimiser et de décider. Mais cela demande un niveau d'interaction fort avec les Risk Partners, les sous-traitants (au moins de niveau 1) et les organismes de certification », explique Eric Duceau.

De fait, le groupe en raison de sa structure transnationale, fait du Collaborative Distributed Design. Une collaboration qui va bien au-delà du traditionnel échange de données, puisqu'elle est basée sur l'échange de modèles. Au sein d'Airbus cela se traduit sous la forme de Common Virtual Bird (CVB), une initiative qui permet de suivre de manière virtuelle l'ensemble des étapes du traditionnel cycle en Vé du développement de produit. Et Eric Duceau est formel : « notre capacité d'innovation dépend des performances incluses dans nos modèles ».



Le Common Virtual Bird permet de suivre de manière virtuelle
l'ensemble des étapes du traditionnel cycle en Vé du développement de produit.


Les points critiques dans l'utilisation de cette méthode de développement largement basée sur la simulation sont de trois ordres : les outils ; les modèles multi-niveaux ; l'adaptation des méthodologies. Il faut effectivement être sûr de la fiabilité, de l'efficacité et de l'accessibilité des outils de simulation, ainsi que de leur intégration dans une chaîne d'outils de développement plus large (CAO, GDT...). De plus, ils doivent être compatibles avec une philosophie d'optimisation multidisciplinaire. De leur côté, les modèles doivent être utilisables dans les différentes phases du développement, réutilisables facilement et échangeables tout en protégeant la "propriété intellectuelle", notamment s'ils sont accessibles à des partenaires tiers. Enfin, il faut aussi adapter les méthodologies de travail à cette approche par modèles.

« La création des outils n'est pas de notre ressort, mais nous devons impérativement en suivre le développement chez les éditeurs, au moins au niveau de leur spécification et du choix de leur architecture », estime Eric Duceau. Il voit d'ailleurs ces développements comme étant un mixte entre les travaux des éditeurs, des laboratoires de recherche (Onera, DLR, Universités...) qui travaillent sur des modèles multi-niveaux spécifiques à l'industrie aéronautique, ainsi que des différents partenaires qui auront à utiliser ces outils et les modèles associés. Il insiste aussi sur la robustesse des plates-formes retenues.

La stratégie autour de ces outils dépend aussi de l'usage que l'on entend en faire, des domaines et de la phase du cycle durant laquelle on veut les utiliser. « Il est clair que des outils en Open Source pourront avoir leur place dans les phases exploratoires d'un projet. Par contre, le recours à des standards établis est incontournable en phase de certification ».

Créer une philosophie de simulation collaborative

Il est aussi important de créer une "philosophie de simulation collaborative", si l'on veut baser les prises de décision sur une telle approche. Les modèles sont en effet créés par une filière spécialisée dans un domaine, incluant les partenaires et les fournisseurs. Par contre, ils doivent être utilisables de manière transverse par l'ensemble des autres domaines, notamment lorsque l'on arrive à des jalons où il ne sera plus possible de revenir en arrière. Ces modèles doivent alors être disponibles avec le bon niveau de précision, sans qu'une physique complexe signifie forcément des modèles très détaillés, et sans coûts supplémentaires pour les partenaires et fournisseurs. Enfin, il faut bien connaître les limites de validité de ces modèles et les maintenir au dernier niveau de l'état de l'art.

L'un des défis de l'industrie aéronautique est qu'elle doit gérer le développement des capacités de simulation d'une technologie, et son intégration, parallèlement à l'évolution de la technologie elle-même. Il faut donc placer des indicateurs de l'approche Modéliser & Simuler dans le processus d'adoption de la technologie, ce qui suppose de disposer d'au-moins une référence méthodologique dans l'entreprise étendue. « Cela ne veut pas dire que toutes les technologies doivent être assimilées et modélisées, mais qu'un modèle comportemental soit disponible pour simuler son intégration et ses possibilités de couplage », remarque Eric Duceau.

Si l'on s'intéresse à la simulation au niveau système, l'approche Model Based Design s'impose. Mais la notion de système recouvre une grande variété de domaine (carburant ; hydraulique ; sécurité ; gestion du vol...) et fait appel à une multitude d'outils (Simulink ; Saber ; OCAS ; Scade ; Modelica...). Le premier défi est de se mettre d'accord sur le vocabulaire. Les organismes tels le DoD ou l'ESA fournissent bien des définitions, mais ils en ont des interprétations différentes. Il faut aussi se mettre d'accord sur la granularité des modèles à échanger et partager les langages de modélisation. Restera à lier les modèles physiques avec le niveau système et à se mettre d'accord sur leur contenu.

« Le domaine Aéronautique est Top-Down, c'est à dire que l'innovation est organisée, voire tirée par les intégrateurs. Les équipementiers doivent donc être plus impliqués si on veut passer de l'intégration des systèmes dans les plates-formes (mélange d'éléments réels et virtuels) pour vérifier l'architecture du produit, à une philosophie à base de modèles, ce qui sera une nouvelle façon de travailler en collaboratif », conclu Eric Duceau.

Par contre un certain nombre de questions restent en suspend. Y aura-t-il des gains à la fois pour l'intégrateur et l'équipementier ou seront-ils antagonismes ? Quid des PME dans cette approche ? Quid de la propriété industrielle ? Quel sera le rôle exact des donneurs d'ordre et organismes de certification ? Pourra-t-on gérer le développement de la modélisation par des "Technology Readiness Level" ?

Un site central et 24 centres techniques

La vision de Jean-Pierre Bretaudeau, directeur international de la recherche d'Hutchinson est plus terre à terre. Le groupe même s'il représente 27 000 personnes est moins important et surtout il agit en tant que fournisseur de composants ou de solutions auprès de constructeurs et d'équipementiers automobiles ou aéronautique pour 85 % de son activité.

Il est actif dans les systèmes d'étanchéité (joint de précision, étanchéité de carrosserie...), le transfert de fluide (durites, tuyaux pour admission d'air, refroidissement, A/C, freinage, direction assistée...), les transmissions et la mobilité (courroies, tendeur, pneus de vélo...), l'isolation vibratoire, acoustique et thermique (support moteur, articulations...)

Pour faire face à ses besoins de R&D, il dispose d'un centre de recherche central à Montargis avec 160 personnes, qui travaille sur les projets amonts pour lesquels il dispose d'un service de simulation numérique et de laboratoires matériaux. Il est complété par 24 centres techniques de développement, pour les applications clients, qui représentent 1 800 personnes réparties dans le monde. « Chacun est responsable de ses choix en terme de moyens CAO et calculs de dimensionnement, de façon à être le plus efficace et compatible possible en fonction des demandes des clients », explique Jean-Pierre Bretaudeau.

Pour ses besoins de recherche, le site central dispose d'un cluster de 96 processeurs Intel P III sous Windows 2000 et  184 processeurs Intel P IV sous linux, fonctionnant sur un réseau Gigabit. Il est toutefois accessibles aux centres techniques, s'ils ont besoin d'un apport de capacité de traitement.




Exemple de logiciels métiers et d'interfaces utilisateurs
développés par le centre de recherche.


Les objectifs de la simulation numérique chez Hutchinson sont de deux ordres : l'aide au développement de nouveaux produits (prédiction les performances, optimisation, garantie de la durée de vie...) ; l'aide à la mise au point et à la maîtrise des procédés (injection, extrusion, vulcanisation, emboutissage...), ainsi qu'à la conception des outillages. 80 % de l'activité simulation correspond à la mise au point de logiciels métiers. Il s'agit par exemple d'automatiser le calcul pour des produits paramétrables, de mettre au point des interfaces utilisateurs graphiques ou de capitaliser les savoir-faire.

« L'ensemble des modèles de simulation est accessible à nos différents centres techniques, afin qu'ils puissent faire face à toutes les demandes clients. Si ceux-ci ont besoin de ces modèles pour les intégrer dans leurs propres modèles de simulation, nous sommes capables de leur fournir des "boites noires" intégrant notre savoir-faire tout en protégeant notre "propriété intellectuelle". Ces "boites noires" peuvent aller d'un modèle numérique comportemental à un "enregistrement" du comportement sous charge d'un prototype physique, voire à un mixte entre le numérique et le physique », explique Jean-Pierre Bretaudeau.

L'avis d'un prestataire

Dernière présentation, celle de Patrick Grimberg, directeur du prestataire de services Digital Product Simulation. « Notre vraie valeur ajoutée réside dans notre capacité à intégrer un modèle CAO paramétré avec le calcul pour identifier par exemple des architectures moteur innovantes. Pour cela nous avons développé un modèle unique CAO/Calcul dans Catia V5 qui pilote Abaqus. Nous gagnons à la fois sur le délai d'itération, qui est passé de 5 semaines à 4 jours, et sur le réalisme de la simulation qui oriente la conception vers des solutions viables très en amont ».



L'utilisation du modèle intégré CAO/Calcul
pour la recherche d'architectures innovantes de moteurs


Ce couplage permet aussi de faire du conseil en optimisation très tôt dans le cycle de développement d'un produit. Il s'agit de concevoir des pièces mécaniques dans leur environnement en utilisant l'optimisation topologique. On arrive ainsi à des solutions optimisées répondant à l'ensemble des prestations requises (encombrement, tenue, vibrations, process) tout en réduisant les temps de conception, en obtenant une solution bonne du premier coup. Le gain annoncé par Patrick Grimberg sur un bras support est de 31 % en masse et 64 %, en terme de contraintes dans la pièce.

Ce couplage fin permet aussi d'intégrer du "savoir-faire industriel" de simulation dans la plate forme CAA V5. C'est par exemple le cas pour le logiciel AVP, un outil de conception d'avant-projet multi-domaines utilisé par PSA. Il utilise un modèle de référence unique de géométrie paramétrée, avec une mise en donnée automatisée des prestations de calcul (vibro-acoustique, crash, ergonomie...).

« Le recours à la simulation numérique en entreprise étendue répond à plusieurs besoins : faire face à une demande capacitaire ; accéder à des expertises et des savoir-faire absents dans l'entreprise ; réduire les coûts. Dans le premier cas, on travaille suivant les méthodes définies et validées par le donneur d'ordres, dans un contexte juridique et légal bien connu. Dans le deuxième cas, on apporte de nouvelles méthodologies de travail et il faut alors bien définir les règles vis-à-vis de la propriété intellectuelle de l'innovation. Enfin dans le dernier cas, on peut soit confier le travail dans des pays "low cost" soit optimiser les méthodes pour réduire les coûts en agissant sur les délais », estime Patrick Grimberg.

Concernant les moyens, si l'on travaille en assistance technique sur site, c'est le donneur d'ordre qui assure la maîtrise d'Å“uvre et réalise les investissements matériels. Si l'on externalise, le prestataire s'engage sur les résultats. En contrepartie, il serait logique que le donneur d'ordres s'engage avec lui sur la durée, afin d'être sûr d'amortir ses investissements matériels. Reste à trancher le transfert de savoir-faire.

« Vis-à-vis de la méthode de travail, force est de constater que la formalisation de l'expression du besoin dans les cahiers des charges évolue très (trop ?) vite. Il faut donc bien y définir le suivi des évolutions en cours de projet et les méthodes de travail. De même, concernant l'accès aux données, il faut définir la compatibilité des produits et des versions, traiter les aspects sécurité, ainsi que transfert et partage des informations ».

On retrouve là l'éternel débat entre le donneur d'ordres et les sous-traitants.

A la semaine prochaine.

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

Jean-François Prevéraud, journaliste à Industrie & Technologies et l'Usine Nouvelle, suit depuis plus de 26 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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