10 GPA445 E13 Maquette Numérique

Conception assistée par ordinat ordinateur eur GPA445 ________________________________________________ ______________ _______________________________________________ _____________

Modélisation géométrique La maquette numérique

Préparé par Antoine Brière-Côté Été 2013

Préparé

A. Brière-Côté

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Plan – Plan – Maquette Maquette numérique 

Introduction 





Phases de conception en CAO Modes de conception en CAO 



Par assemblage, dans l’assemblage, l’assemblage, piloté

Construction des ensembles: ensembles: contraintes d’assemblage 





Conception de produit et maquette numérique

Approche géométrique Approche cinématique

Exploitation des maquettes numériques 



Exploitation Simulations

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Introduction 



Les outils de CAO ne s’ s’arrêtent arrêtent plus au simple modèle 3D de représentation représentatio n volumique du produit;

Réduction de la durée de mise au point du produit grâce aux simulations relatives à:   



Pré-dimensionnement de systèmes et de pièces, Analyse des comportements dynamique, thermique, acoustique, etc. Analyse de faisabilité de mise en œuvre de la fabrication;

Maquette numérique (MN) – (MN) – Digital Mock-Up (DMU) 



Ensemble des représentations informatiques qui ont permis la conception du produit; Même si le modèle 3D en constitue le composant central, la maquette numérique ne se limite pas à la seule représentation volumique d’un produit.

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Introduction 

Maquette numérique d’un produit 









Ensemble de données numériques qui a accompagné « l’idée l’idée » » du besoin à sa matérialisa matérialisation; tion; Outil indispensable aux concepteurs; Noyau central de l’équipe l’équipe produit, mêlant une multit multitude ude d’acteurs d’acteurs dont les besoins sont différ d ifférents ents autour d’un même objet: le produit; Permet aux différents intervenants spécialistes (concepteur, bureaux de calculs, fabricants, etc.) de dialoguer, dialoguer, d’échanger d’échanger des données, des renseignements et des résulta résultats; ts; Permet de formaliser la réflexion des équipes de techniciens à chaque étape de la vie du produit.

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Introduction 

Maquette numérique d’un produit 

Prend divers divers états tout au long du processus de conception; Maquette numérique

de conception

de définition

d’industrialisation

Flux de renseignement renseignementss





Objectifs

Recherche Architecture Formes et dimensions Construction

Choix matériau/procédé Formes et dimensions Définition de produit

Dossier de fabrication Gestion du projet et des évolutions Commercialisation

Simulations

Mécaniques

Réalisation

Production

Doit permettre d’éliminer d’éliminer au maximum les sources de non-qualité non -qualité rencontrées rencontré es lors de la fabrication et l’utilisation du produit; À la base, permet de réduire la nécessité de passer par des prototypes coûteux en simulant virtuellement « en amont ». TARAUD, D. et G. GLEMAREC (2008). Le Guide de la CAO, Dunod, Paris, 180 pp.

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Introduction 

États de la maquette numérique lors de la création du produit: Schémas Contraintes CdCf

Architecture Principes

Schémas Architecture CdCf

Éléments Composants Constituants

Construction Assemblage Paramétrage

Topologie Conditions fonctionnelles Paramétrage

Plans d’ensembles 2D

Conditions et cotation fonctionnelles

Dessins de définition

Spécifications Réalisation

Éclatés, Écorchés…

Maintenance Utilisation

Contraintes Performances

Images photo réalistes, vidéos…

Marketing Catalogue

Configurations

Exploitations

Méthodologies Procédures de création

Maquette numérique

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Phases de conception en CAO 



Le cycle de vie du produit est souvent représenté représenté par la spirale de vie, comportant des étapes à la marketing, de conception, de fabrication, d’utilisation et de reconception. Du point de vue CAO, le discours s’appuie sur une spirale limitée à la vie industrielle virtuelle (maquette numérique) et physique du produit: Cahier des charges fonctionnel

Vie primaire virtuelle

Conception

Conception Industrialisation

Évolution du besoin

Cahier des charges fonctionnel Production

Émission du besoin Été 2013

Vie série Évolutions mineures

Vie secondaire virtuelle


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Phases de conception en CAO 

Vie primaire virtuelle: 

 

Inclut toute la conception primaire du produit jusqu’à la phase d’industrialisation – fabrication – fabrication qui précède sa mise en marché; On donne vie à l’idée qui répond au besoin du client; Les phases qui jalonnent cette étape vont vont comporter:  



La validation de l’architecture, Des simulations mécaniques, esthétiques, des procédés de fabrication, etc.

Vie secondaire virtuelle: 





Inclut les phases de conception liées aux modifications et évolutions du produit; La matière d’œuvre du concepteur n’est plus que le seul cahier des charges qui précise le besoin, mais toute la maquette numérique provenantt de la vie primaire du produit; provenan Nécessite la mise en place d’une approche méthodologique différente différente garantissant garantis sant la continuité numérique de la maquette.

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Phases de conception en CAO

Demande, projet

Projet global CAO

Besoin, analyse fonctionnelle et cahier des charges fonctionnel

Maquette numérique


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Phases de conception en CAO Modeleur CAO •

•

Définition des principes physiques et mécaniques Études de pré industrialisation Conception préliminaire

Maquette numérique de conception préliminaire du produit Simulations •

•

Maquette numérique

Demande, projet

De comportement: études cinématiques, dynamiques, résistance D’un procédé: validations d’un matériau, des formes et des dimensions



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• •

Définition de chaque pièce fabriquée selon un procédé Définition des outillages associés Dossier de définition du produit (spécification de chaque pièce fabriquée)

Conception détaillée

Maquette numérique de conception détaillée du produit

Demande, projet

Maquette numérique


Conception préliminaire

Maquette numérique Des comportements : études de conception cinématiques, dynamiques, résistance préliminaire du Des procédés: validations de formes, des produit dimensions et de l’outillage associé Du processus de fabrication: validations de l’assemblage, conditionnement

Simulations •

•

•

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Demande, projet

Intégration et gestion des évolutions et des modifications du produit


Conception

Conception préliminaire

d’évolution

Maquettes numériques modification et d’évolution du produit Simulations • •

• • •

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Maquette numérique de conception préliminaire du produit

Conception détaillée

Du comportement De pré industrialisation De définition de pièce Des outillages associés De processus de fabrication

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Maquette numérique

Maquette numérique de conception détaillée du produit

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Modes de conception en CAO 



Un mécanisme est un assemblage de pièces élémentaires qui peuvent éventuellement éventue llement être regroupées dans des assemblages partiels ou o u sousassemblages; En CAO, la construction de la MN exige donc une approche double: 





Celle de la construction des pièces, Celle de leur assemblage;

Autant en situation de création que de modification d’un mécanisme, le concepteur dispose de trois modes fondamentaux de conception: 





Par assemblage ou Bottom-Up Bottom-Up,, Dans l’assemblage ou latéral, Piloté ou Top-Down Top-Down..

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Par assemblage, ou Bottom-Up 



Créer chaque pièce en dehors d’un contexte d’assemblage puis les assembler pour constituer une maquette fonctionnelle; Mode séquentiel où la définition des pièces devance la construction construction du mécanisme. Esquisses

Formes volumiques

Pièce 1 Besoin, Cahier des charges, Choix d’un

Croquis

Esquisses

principe de solution

.

Formes volumiques

Pièce 2

Esquisses

Ensemble

.

Formes volumiques

Pièce 3

. TARAUD, D. et G. GLEMAREC (2008). Le Guide de la CAO, Dunod, Paris, 180 pp.

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Par assemblage, ou Bottom-Up


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Par assemblage, ou Bottom-Up

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Dans l’assemblage, ou Latéral 



Alterner phases de conception de pièces et de construction d’assemblage; Mode itératif s’appuyant sur la construction d’une première pièce – la pièce la plus représentative et « au cœur » de l’assemblage.

Esquisses


Croquis

Formes volumiques

.

Esquisses


Pièce 2

Formes volumiques

Ensemble

.

Esquisses

Pièce 3

Formes volumiques

.


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Dans l’assemblage, ou Latéral


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Piloté, ou Top-Down 



Travailler directement à partir d’un « guide « guide fonctionnel » qui peut être un schéma, une esquisse particulière, dite pilotante, un squelette de mécanisme, etc., sur laquelle pour s’appuyer la définition des formes et dimensions des pièces constitutives; Squelette: inclut des informations géométriques sous la forme de plans,

lignes, points, repères, surfaces et solides; considéré comme une pièce ou ensemble sans masse faisant l’objet de copies géométriques dans les composants composan ts destination destination.. 

Mode permettant de… 

Modifier très simplement la MN réalisée en modifiant le squelette,



Paramétrer un mécanisme,



Prévoir ses évolutions,



Effectuer des simulations de fonctionnement et de comportement, etc.

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Piloté, ou Top-Down

Formes volumiques

Esquisses


Croquis

Squelette


.

Formes volumiques

Esquisses

Pièce 2

Ensemble

.

Formes volumiques

Esquisses

Pièce 3

.


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Exemple de squelette en aéronautique

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Exemple de squelette en aéronautique

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Comparaison des modes Conception par assemblage (Bottom-up)

Conception dans l’assemblage (Latéral )

Conception de création

Pas ou peu adaptée

Adaptée

Très adaptée

Conception de modification

Pas adaptée

Très adaptée

Adaptée

Modes de conception

Situations de conception

Conception pilotée (Top-down)

TARAUD, D. et G. GLEMAREC (2008). Le Guide de la CAO, Dunod, P aris, 180 pp.

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Récapitulation… 





Privilégier, dans la mesure du possible, la conception des pièces: 

Principales en mode piloté;



Secondaires en mode dans l’assemblage;



Annexes et standard en mode par assemblage.

Retenir le mode de conception le plus économique globalement en tenant compte des contraintes de paramétrage et d’évolution du produit en cours de conception.

Et dans Solid Edge?

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Construction de la MN 

Contraintes d’assemblage 







Un ensemble regroupe une multitude de composants organisés et mis en relation à l’aide de contraintes spatiales de positionnement et d’orientation; Il répond à un besoin fonctionnel particulier correspondant à une ou plusieurs fonctions techniques du produit auquel il participe; Un ensemble est associé à un fichier f ichier d’assemblage d’assemblage comprenant toutes les informations d’organisation d’organisation et de localisation des fichiers descriptifs des composants qui participent à sa définition; Il est organisé autour des informations contenues dans son squelette élémentaire: 

Trois plans orthogonaux



Trois axes orthogonaux

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



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Une origine Un repère

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Contraintes d’assemblage (suite) 

Chaque composant placé dans un ensemble possède par défaut six degrés de liberté: 







Trois rotations (autour de X, Y, Z), Trois Trois translations (selon X, Y, Z);

L’objectif du travail du concepteur, dans l’environnement d’assemblage, est de définir l’état de contrainte de chacun des composants;

L’état de contrainte d’un composant est la configuration de restrictions d’assemblage d’ assemblage qui lui permet de conserver des degrés de liberté conformément aux intentions du concepteur.

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

Une contrainte d’assemblage est une relation de type géométrique ou cinématique qui permet de définir la position et l’orientation l’orientation d’un composant relativement à d’autres composants; Sa mise en place nécessite l’utilisation de combinaisons d’objets tels: 







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Des points: points de constru construction, ction, sommets; Des lignes: axes de construction, géométrie d’esquisses, arêtes; Des plans: plans de constru construction, ction, faces planes; Des surfaces de construction ou faces de formes quelconques.

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Contraintes d’assemblage (suite) (suite) 

La définition des contraintes d’assemblage peut se faire suivant trois approches: 

Géométrique: composants placés les uns par rapport aux autres par relations géométriques entre objets de leurs représentations; 



Cinématique: met en œuvre la définition de liaisons cinématiques par l’association d’objets descriptifs de ces liaisons; 



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Exemples: Coïncidence, Coïncidence, coaxialité de plans, lignes, etc.

Exemples: Pivots, Glissières, Rotules, etc.

Mixte: utilise des relations purement géométriques pour définir les relations d’assemblage entre composants et des relations cinématiques entre les classes d’équivalence.

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Approche géométrique – géométrique – contraintes contraintes élémentaires 

Mise en coïncidence géométrique simple (objets et repères)

Combinaison Point/Point

Combinaison Point/Ligne

Combinaison Point/Plan


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Combinaison Ligne/Plan

Combinaison Ligne/Ligne


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Combinaison Plan/Plan


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Intervention de notions de distance, d’angle, de parallélisme, de tangence, etc.

Coïncidence de face avec directions normales opposées

Coïncidence de face avec directions normales identiques



Dans Solid Edge, une distance peut être pilotante (fixe), pilotée (flottante) ou définie sur un intervalle (plage). TARAUD, D. et G. GLEMAREC (2008). Le Guide de la CAO, Dunod, Paris, 180 pp.

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Approche géométrique – géométrique – contraintes contraintes élémentaires

Contrainte angulaire

Contrainte de tangence


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Approche géométrique – géométrique – contraintes contraintes avancées 

Certains logiciels CAO proposent des contraintes avancées permettant d’obtenir un état de contrainte d’un composant par rapport à un autre en une seule action qui combine l’effet de deux autres.


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Approche géométrique – géométrique – relations relations complexes 

Contrainte de transformation de mouvement, complétée par des rapports de transformation associés: 





Type pignon – pignon – roue roue en contact interne ou externe Type pignon – pignon – crémaillère crémaillère Type transmission par poulies – poulies – courroies courroies


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Approche géométrique – géométrique – relations relations complexes 

Contrainte de came: les courbes ou surfaces en contact permettent de placer des lois d’évolution de mouvement entre les deux composants.


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Approche cinématique 



Mise à la disposition du concepteur des contraintes de liaison de type cinématique. Types de liaisons correspondant aux liaisons utilisées pour la réalisation de schéma cinématique: 













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Ponctuelles Pivot Pivot glissant Glissière Linéaire Linéaire annulaire











Sphérique Appui plan Sphérique à doigt d’axe Hélicoïdale Encastrement

Permettent de définir une représentation du produit qui prend en compte les intentions cinématiques réelles voulues, utilisable directement dans des outils de simulation dynamique sans retouche importante du modèle.

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Approche cinématique

Nature liaison et repère associé

Schématisation spatiale

Torseur transmissible

Forme particulière conservée

Torseur cinématique


Agati, Pierre, Frédéric Lerouge et Marc Rossetto. 2001. Liaisons, mécanismes et assemblages : cours, exercices et applications industrielles avec MECA3D sous S OLIDWORKS et MECAmaster , 2e éd. Paris: Dunod, viii, 359 p.

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Agati, Pierre, Frédéric Lerouge et Marc Rossetto. 2001. Liaisons, mécanismes et assemblages : cours, exerci ces et applications industrielles avec MECA3D sous SOLIDWORKS et MECAmaster , 2e éd. Paris: Dunod, viii, 359 p.

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Approche mixte – mixte – Exemples d’équivalence de classes

OU

(Point/Point)

Assemblage complexe complexe géométrie/contraintes géométrie/contraintes

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Exploitation de la MN 







Le post-traitement post-traitement des MN est une phase qui se développe après la validation d’un projet projet défini par sa MN;

Il permet de produire des documents particuliers destinés à faciliter la réalisation et l’utilisation du produit conçu; Ces exploitations s’intègrent naturellement dans le cycle de vie du projet en générant de façon fortement assistée des documents techniques souvent indispensables; À cette étape, l’augmentation de la productivité du bureau d’études tient de l’automatisation de la création et de la régénération des documents suite à toute demande de modification à apporter dans la maquette numérique.

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Phases d’exploitation d’exploitation de la maquette numérique: Modifications Adaptations

Plans d’ensembles 2D

Conditions et cotation fonctionnelles, nomenclature

Réalisation

Projet

Maquette numérique

Dessins de définition

Plans des pièces, spécifications de réalisation

Éclatés, Écorchés…

Maintenance, SAV

Images photo réalistes, vidéos…

Utilisations, mode d’emploi

Utilisation Marketing, catalogue Documentation, formation…

Exploitation d’une maquette numérique TARAUD, D. et G. GLEMAREC (2008). Le Guide de la CAO, Dunod, Paris, 180 pp.

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Simulations associées à la maquette numérique: Modifications Adaptations Simulations des comportements mécaniques Simulations des comportements physiques

Projet

Maquette numérique

Études statiques, cinématiques, dynamiques

Études hydrauliques, optiques, sonores…

Simulations de la relation formes, dimensions, procédés

Optimisation de la relation produit-matériau-procédé produit-matériau-procédé

Simulation de la fabrication du produit

Process de production, assemablges, contrôles

Simulation de la production du produit

Organisation de la production, gestion de la qualité

Définition, réalisation et validation produit

Gestion et production du produit

Simulations associées à une maquette numérique TARAUD, D. et G. GLEMAREC (2008). Le Guide de la CAO, Dunod, Paris, 180 pp.

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Exemple d’étude comparative par simulation


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Exemple d’une maquette numérique d’un avion

Maquette numérique

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Cinématique

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Fabrication

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Comportement statique

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Programmation Contrôle numérique

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Outillage Été 2013

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Qualité

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Méthodes

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Ergonomie

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Maintenance

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Production

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Finition d’intérieurs

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