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1 - ÉVOLUTIONS DE LA CAO

2 - EXTENSIONS DES MODÈLES GÉOMÉTRIQUES

3 - CONCEPTION FONCTIONNELLE PAR L’INTÉGRATION DES CONNAISSANCES

4 - APPROCHE FONCTIONNELLE PAR LA SIMULATION

5 - ÉCHANGES DE DONNÉES

6 - CONCLUSION ET PERSPECTIVES

7 - GLOSSAIRE

8 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : H3752 v2

Évolutions de la CAO
CAO : de la géométrie vers la modélisation fonctionnelle

Auteur(s) : Yvon GARDAN

Relu et validé le 10 mars 2021

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RÉSUMÉ

La conception assistée par ordinateur est une technique mature, mais qui risque encore de subir de profondes évolutions. Cet article dresse un panorama des mutations possibles, notamment pour la modélisation fonctionnelle de systèmes complexes. La modélisation fonctionnelle représente un outil majeur où la CAO n'est plus simplement utilisée comme un outil de dessin, mais en exploitant pleinement ses possibilités. 

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ABSTRACT

CAD: from geometrical to functional modelling

Computer-aided design seems mature, but profound changes will still change many things and, on the other hand, it is now closely linked with other technologies, including knowledge management. and numerical simulation and optimization. This article provides an overview of current developments that allow for more functional modeling. Functional modeling is a major issue where CAD is no longer simply used as a morphology modeling tool. Beyond the theoretical proposals, we show that the integration of CAD, considered the most upstream tool in a digital chain, based on knowledge and simulation, is the most operational approach to take into account the functions.

Auteur(s)

INTRODUCTION

La CAO reste en grande partie basée sur la modélisation géométrique, en particulier sur les aspects morphologiques (modélisation géométrique [H 3 750]). Elle est donc par nature assez éloignée de la conception fonctionnelle, tout en constituant une brique fondamentale. L’enjeu n’est plus maintenant simplement d’être capable de modéliser la morphologie d’un objet, mais de mettre en œuvre une approche systémique qui part du cahier des charges pour aboutir à un produit, en tenant compte des phases intermédiaires, qu’elles soient virtuelles (simulations…) ou réelles (fabrication…) et ultérieures (usage, recyclage…).

Cet article s’attache plus particulièrement à démontrer que l’une des solutions est de considérer la CAO comme l’outil le plus en amont, et en l’enrichissant et en le liant à d’autres technologies, de tendre vers une conception plus fonctionnelle. Nous allons voir comment les évolutions récentes ou des améliorations dans un avenir proche peuvent faciliter la prise en compte des fonctions par les systèmes de CAO en partant de la modélisation géométrique. Des développements ont permis de contourner un certain nombre de limites des modèles géométriques, sans toutefois déboucher sur des solutions totalement innovantes. Il est donc important de bien appréhender ces évolutions et leur intégration dans un contexte où la CAO doit tenir compte d’autres technologies comme la gestion des connaissances ou la simulation.

La première tentative pour enrichir les modèles géométriques a consisté à ajouter des informations technologiques, comme une couche s’appuyant sur la géométrie. On présente donc la conception par les caractéristiques (features) en détaillant certains algorithmes qui permettent de comprendre le fonctionnement des systèmes « modernes » de CAO.

En restant sur la même approche visant à enrichir la modélisation géométrique, cet article présente ensuite les méthodologies et modèles pour intégrer la CAO avec la gestion des connaissances, puis avec la simulation/optimisation numériques. Il est en effet nécessaire de maîtriser non seulement les aspects techniques, mais également les méthodologies qu’il est utile de suivre pour résoudre des problèmes par nature multi-modèles.

La multi-modélisation inhérente au fait qu’il n’existe pas un modèle unique en CAO est encore plus prégnante quand on considère les différentes technologies (simulation…). Avant de conclure, cet article propose donc une vision synthétique de la problématique des échanges et partage de données.

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VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-h3752


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1. Évolutions de la CAO

L’objectif de la CAO est de constituer une maquette virtuelle qui doit se comporter comme un prototype physique. Il faut introduire dans l’ordinateur les propriétés de l’objet, parfois au prix de nombreuses opérations, et pouvoir ensuite les exploiter. Ainsi, la CAO permet de procéder à des simulations, ce qui a toujours été son objet principal.

Il serait souhaitable que la CAO permette de concevoir un objet technique, mais dans la plupart des cas, devant son écran, l’opérateur de CAO doit commencer par la phase de dessin et non par l’aspect fonctionnel. La CAO, malgré ses cinquante années d’existence et ses indiscutables apports, doit encore progresser. Après un court rappel des phases de développement de la technologie liée aux modèles, nous nous attacherons tout particulièrement à rendre la CAO plus proche des fonctionnalités de l’objet à concevoir, en regardant notamment les apports des connaissances, des simulations et les nécessaires propriétés des modèles.

1.1 Un développement en quatre phases

On peut distinguer quatre phases essentielles dans le domaine d’utilisation de la CAO.

  • Années 1980 : le modèle géométrique

    Ce mode de CAO est toujours utilisé aujourd’hui dans de nombreuses entreprises, notamment les PME, souvent même en n’utilisant qu’une très faible partie des capacités des logiciels. Il est en effet courant que sur cette seule partie géométrique, 20 à 30 % seulement des fonctionnalités des logiciels soient utilisées et que des aspects fondamentaux liés à une modélisation de qualité soient complètement laissés de côté (raccordements de surfaces, fissures dans des modèles solides…). Si limitée qu’elle soit, l’utilisation géométrique de la CAO a toutefois donné de bons résultats.

    Elle est caractérisée par le fait que les modèles de solides et de surfaces ont été développés selon des approches et des outils très différents (structures de données pour les solides, équations paramétriques pour les surfaces).

    Les modèles de surfaces sont tous basés sur l’utilisation de fonctions splines et de points de contrôle. Leurs différences sont essentiellement au niveau du contrôle de la forme (« plus global » en Bézier qu’en B-spline selon le degré) ou à...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ROOZENBURG (N.), ECKELS (J.) -   Product Design : fundamentals and methods.  -  John Wiley (1993).

  • (2) - SHAH (J.J.), MÄNTYLÄ (M.) -   Parametric and Feature based CAD/CAM.  -  John Wiley & Sons (1995).

  • (3) - ZORIN (D.), SCHRODER (P.) et al -   Subdivision for Modeling and Animation.  -  SIGGRAPH (2000).

  • (4) - FENG (C.X.), HUANG (C.C.), KUSIAK (A.), LI (P.G.) -   Representation of functions and features in detail design.  -  Computer Aided design, 28 (12), p. 961-971 (1996).

  • (5) - GARDAN (Y.) -   Conception et ingénierie numériques.  -  Harigue (2008).

  • (6) - CRAVEUR (J.C.), MARDEAU (D.) -   De la CAO au calcul.  -  Dunod (2015).

  • ...

NORMES

  • Automatisation industrielle – Spécifications du standard d’échange et de transfert (SET). - NF Z68-300 - (déc. 1993)

  • Automatisation industrielle – Cadre de développement européen des normes expérimentales STEP. - Z68-350 - (déc. 1992)

  • Technologies de l’information – Automatisation industrielle – CAO.1 enveloppe numérique d’échange de données techniques. - Z68-360 - (sept. 1993)

  • Systèmes d’automatisation industrielle et intégration – Représentation et échange de données de produits (normes STEP). - ISO 10303 -

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