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PLM : Toyota F1 généralise le 3D comme référence

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Petit tour chez Toyota F1, pour une visite exceptionnelle de son service aérodynamique, et voir comment il entre dans la démarche PLM de l'entreprise.


L'aérodynamique est l'un des facteurs clés du succès en Formule 1. D'ailleurs les équipes qui en sont chargées représentent une part importante dans les bureaux d'études des différentes écuries. J'ai pu le vérifier la semaine dernière en allant visiter Toyota Motorsport à Cologne en Allemagne.

« L'ensemble de notre équipe aérodynamique actuelle, environ 90 personnes, représente la taille de l'écurie Toyota il y a 10 ans. C'est près de la moitié des concepteurs qui travaillent chez nous, c'est dire son importance », constate Mark Gillan, responsable de ce département. Cette équipe est composée à parts égales par trois types de personnels. Les aérodynamiciens qui sont chargés de trouver, tout en restant conforme aux règles émises chaque année par la FIA, de nouvelles formes permettant de gagner quelques centièmes de seconde au tour. Ils travaillent en étroite liaison avec les concepteurs qui sont chargés de transformer leurs idées en modèles numériques à l'aide de Catia V5. Les qualités aérodynamiques de ces modèles sont ensuite évaluées à l'aide du logiciel Star-CD de CD Adapco. Ils subissent plusieurs itérations, afin d'être optimisés ou abandonnés en fonction des gains obtenus. Le dernier tiers de l'équipe aérodynamique est composé par les modeleurs, qui réalisent des maquettes à échelle réduite des éléments les plus prometteurs, afin de les tester dans l'une des deux souffleries qui constituent le poumon de l'écurie.

 



Le bureau d'études aérodynamique



« Nos souffleries fonctionnent 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Nous y testons le plus rapidement possible les idées qui nous semblent les plus encourageantes. Nous travaillons le plus souvent sur des modèles réduits à l'échelle ½, mais nous sommes entrain de passer à des modèles à l'échelle 0,6 pour gagner en précision, sans faire exploser les coûts. Le travail a échelle réduite permet en effet de limiter les coûts de fabrication des modèles qui sont réalisés pour partie en prototypage rapide, pour partie en matériaux composites et pour partie en usinage. Toutefois, périodiquement, nous testons des voitures complètes à l'échelle 1, afin de mieux analyser certains problèmes - turbulences générées par les pneus, instabilité des flux dans certaines zones - mais aussi de recaler nos modèles de calcul en comparant les résultats des simulations avec ceux mesurés dans la soufflerie ».





La préparation d'un modèle d'essai à l'échelle 0,6


La complémentarité des moyens

« L'intérêt de faire des essais en soufflerie est double. D'une part vous travaillez sur des éléments réels dans un environnement réel maîtrisé, ce qui vous affranchi d'éventuelles erreurs sur la théorie que vous avez élaborée. D'autre part, vous n'avez pas besoin de vous déplacer sur un circuit réel, ce qui limite les coûts et les délais, d'autant plus que la FIA ne nous attribue que 12 jours d'essais aérodynamiques sur circuits dans l'année. Mais le tout - simulations numériques, essais en soufflerie, essais sur circuit - est très complémentaire ».

Ainsi une idée peut être modélisée, analysée, optimisée, prototypée et testée en moins de 24 heures dans un même lieu. Ce qui peut être crucial quand vous avez un Grand Prix tous les 15 jours, voire par semaine à certains moments de la saison.





La voiture à l'échelle 1 et son modèle d'essai à l'échelle 0,6


J'ai ainsi pu assister à des essais de recalage des modèles numériques faits à l'aide d'une voiture ayant couru la saison 2007. La voiture de la saison 2008, dont le développement est bien avancé, conservera tous ses secrets sagement cachée sous sa bâche. L'installation est immense, la boucle mesure 150 m de long, les turbines mettant l'air en mouvement font 6 m de diamètre et le tout à la hauteur d'un immeuble de trois étages. La TF107 était placée sur un tapis roulant simulant le défilement de la route, dans une veine d'air circulant jusqu'à 70 m/s (plus de 250 km/h) dont la température, 21°C, et l'hygrométrie sont parfaitement contrôlées pour garantir la cohérence des essais.


 



Le modèle dans la soufflerie


La voiture et son environnement sont truffés de plus de 300 capteurs afin de recueillir à chaque essai le maximum d'informations pour recaler les modèles de simulation au plus près de la réalité, ou pour analyser de nouveaux phénomènes. Mais les ingénieurs que j'ai pu rencontrer restent très discrets sur ces mesures. On sent bien que le sujet de l'aérodynamique est vital en F1 et que la moindre fuite peut donner des idées à la concurrence. Donc motus.

Le grand saut est pour 2009

« Il n'y aura pas d'évolutions aérodynamiques majeures pour la saison 2008, dont les modifications de règlement portent essentiellement sur l'utilisation du même boîtier électronique par toutes les écuries et la limitation des assistances au pilotage. Par contre, la saison 2009 sera beaucoup plus intéressante. La FIA veut diviser par deux l'appui aérodynamique pour diminuer la vitesse de pointe des F1. Pour cela, l'aileron avant devra être plus haut et moins long, alors que l'aileron arrière sera plus haut et moins long. Ajoutez à cela le retour aux "slicks" (pneu lisses) et l'implantation obligatoire d'un système de récupération de l'énergie de freinage, vous pouvez imaginer les efforts de R&D que nous avons d'ores et déjà engagés pour définir une aérodynamique optimum », confie Mark Gillan.

L'apport du PLM

Tous ces travaux sur l'aérodynamique se font en parfaite cohérence avec l'approche PLM que Toyota Motorsport a mise en place. « La Formule 1 c'est une course perpétuelle contre le temps, sur la piste certes mais aussi dans notre usine. Une voiture, c'est près de 10 000 pièces dont environ la moitié pour le moteur. 95 % d'entres-elles sont nouvelles d'une saison à l'autre et 70 % subiront une ou plusieurs évolutions dans le cours de la saison. Il nous faut donc des outils de conception et de gestion de données performants, ainsi que des procédures de développement efficaces, qui nous donnent une forte réactivité et facilitent l'amélioration continue de nos voitures, d'où la mise en place d'une démarche PLM qui travaille en parfaite harmonie avec l'ERP de SAP qui est en place », constate Markus Schwarze, en charge des applications techniques au département informatique de Toyota Motorsport.

L'écurie a fait le choix de Catia en 1999, un vrai choix nous assure-t-on même si le constructeur automobile Toyota Motor, maison mère de l'écurie, avait opté pour le même logiciel quelques années auparavant. De fait, les premières implantations de Catia V4 remonte au début de l'an 2000. C'est en 2003 que le département aérodynamique a basculé vers Catia V5, puis ce fut celui des transmissions en 2004, pour finir par ceux des moteurs, châssis et suspensions en 2005. Depuis 2006, toutes les pièces de la voiture sont conçues en Catia V5, hormis quelques éléments comme les culasses. Aujourd'hui Toyota Motorsport dispose d'environ 160 licences de Catia R16 SP7 qui devraient prochainement basculer vers la R18. « Cette évolution service par service, qui nous a conduit à avoir pendant plusieurs année une voiture composite V4 et V5, nous a été dictée par le besoin de faire évoluer l'état d'esprit de nos concepteurs. On ne conçoit pas dans V5 comme dans V4. Il a fallu en outre développer de nouvelles méthodologies de travail et former nos personnels ce qui demande du temps, surtout si l'on ne veut pas perturber le travail quotidien de l'entreprise », estime Markus Schwarze.

Même si les résultats au Championnat du Monde de F1 sont encore décevants, le passage de V4 à V5 a marqué un net progrès dans l'entreprise. « Entre 2001 et 2006, le nombre de modèles CAO créés tous les ans par le service aérodynamique a été multiplié par 8 à effectif constant. Le temps nécessaire à la conception d'un aileron avant a été réduit de 80 % et la productivité globale du service a été améliorée de 30 % », constate Mark Gillan. Une productivité qui aurait été améliorée de 14 % au niveau du service moteurs.

Outre l'aérodynamique, Toyota Motorsport utilise aussi largement le calcul et la simulation pour définir les composants de ses voitures. On retrouve ainsi Abaqus, Nastran, Patran et divers logiciels de LMS, aux côtés de Star-CD. « La bonne intégration de ses outils avec Catia V5 nous a permis de réduire fortement le cycle de chaque itération entre la modélisation et la simulation. Nous avons ainsi pu en doubler le nombre, sans augmenter l'effectif de nos ingénieurs calcul, une cinquantaine hors aérodynamique », remarque Markus Schwarze.

Le 3D devient la référence

Parmi les prochains chantiers, Toyota Motorsport veut totalement migrer d'Unix vers Windows et déployer 3D Live, afin d'offrir au plus grand nombre dans l'entreprise, un accès aux données 3D et à la structure produit gérées à l'aide d'Enovia VPM 4. « 3D Live est un produit est très simple à utiliser même pour les non-ingénieurs. Il rend visible nombre de choses qui sont cachées au sein des assemblages, cela devrait en faciliter la compréhension par les techniciens chargés du montage de la voiture et réduire les délais. Le fait de pouvoir aussi y inclure des informations sous forme d'annotations ou de tolérances devrait aussi avoir un impact favorable sur la fabrication même des pièces. Le 3D va devenir à la fois la référence et le moyen de diffuser l'information technique au sein de Toyota Motorsport », estime Markus Schwarze.

Pour finir, il m'a expliqué les raisons du partenariat entre Dassault Systèmes et Toyota Motorsport. « Nous avons d'abord choisi Catia et Dassault Systèmes en raison des performances du logiciel et des compétences de leurs consultants, dont trois sont détachés en permanence chez nous. Ils nous ont permis de mettre en place les meilleures pratiques en terme de méthodes et de process de conception, afin d'arriver à nos objectifs de performance. De plus, cela nous donne un accès direct aux équipes de développement chez eux, ce qui nous garanti des réponses rapides en cas de problème ». De son côté, Xavier Silhouette, responsable du marché automobile allemand pour Dassault Systèmes estime : « nous retrouvons chez Toyota Motorsport tous les aspects et problématiques que l'on rencontre chez un constructeur automobile traditionnel, avec en plus ici une course extrêmement rapide contre le temps. Cela nous aide à découvrir et à résoudre les problèmes beaucoup plus vite. Et nous pouvons en voir les résultats à chaque Grand Prix ».

A la semaine prochaine.

Pour en savoir plus : http://www.toyota-f1.com & http://www.3ds.com/fr/

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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