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Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur - Génie Mécanique - ENP Oran

Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur - Génie Mécanique - ENP Oran A. NOUREDDINE Ecole Nationale Polytechnique d’Oran Département de Génie Mécanique Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur (CFAO) (Notes de cours) INTRODUCTION A LA C.F.A.O LES MODELISATIONS GEOMETRIQUES EN DAO ET CAO LES COURBES DE BEZIER LA TECHNOLOGIE DE GROUPE LES SYSTEMES FLEXIBLES DE FABRICATION A. NOUREDDINE 2013/2014 Introduction à la CFAO 1 Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur - Génie Mécanique - ENP Oran A. NOUREDDINE INTRODUCTION A LA C.F.A.O La conception et la fabrication assistées par ordinateur se définissent comme l'ensemble des aides informatiques au bureau d'études, au bureau des méthodes et à l'atelier de fabrication, de l'établissement d'un cahier de charges relatif à un nouveau produit jusqu'à la génération des documents et des fichiers nécessaires à la fabrication et à la fabrication elle-même. Les techniques utilisées permettent à l'homme et à la machine d'être liés pour résoudre un problème en utilisant au mieux les compétences de chacun. L'historique de la CFAO nous permet d'affirmer que ses débuts remontent aux années 1950. Il a été dès lors possible (années 70) de mettre en place des logiciels spécifiques destinés à résoudre le problème des surfaces complexes pour l'industrie aéronautique et automobile. Les années 80 ont vu l'arrivée de la représentation 3D volumique (ou solide) qui permet une interprétation non ambiguë des pièces mécaniques. La représentation 3D volumique se caractérise par la définition des lignes cachées, l'obtention automatique des coupes et sections… Malgré les progrès technologiques, force est de constater que vers le fin des années 80, la CFAO est restée essentiellement un outil de présentation des pièces et assemblages plutôt qu'un outil de conception. Au début des années 90, une nouvelle approche révolutionne la CFAO traditionnelle. L'idée est de ne plus considérer la géométrie comme l'information de base, mais plutôt d'interpréter la pièce comme un ensemble logique et cohérent de "fonctions mécaniques", la géométrie 2D ou 3D n'est plus qu'un attribut de ces fonctions. Du point de vue de son évolution, la CAO en est maintenant à la 6° génération après être passée par  1950-1970 : 1re génération de CAO (2D) : systèmes basés sur le graphisme ;  1960-1980 : 2e génération de CAO (2,5D) : systèmes basés sur la notion de profondeur ;  1970-1990 : 3e génération de CAO (3D) : systèmes géométriques ;  1980-2000 : 4e génération de CAO (3,5D) : systèmes utilisant les entités ;  1990-2010 : 5e génération de CAO (4D) : systèmes à base de règles de déductions ; Une tendance à partir des années 2000 est de développer des systèmes basés sur l’induction (6e génération de CAO ou 5D). Introduction à la CFAO 2 Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur - Génie Mécanique - ENP Oran A. NOUREDDINE La Fabrication Assistée par Ordinateur est apparue dans les années 1970 avec l'introduction des machines-outils à commande numérique dont la technologie est sans cesse en évolution mais reste basée sur les mêmes principes. La conception et fabrication assistées par ordinateur (CFAO) est la synthèse de la CAO et de la FAO. L'idée est qu'un système de CAO dispose précisément de toutes les informations nécessaires pour créer le programme d'une machine-outil à commande numérique et que dans ces conditions traiter les deux questions séparément représenterait une perte de temps et d'argent, sans compter les risques d'erreur de transcription. Au départ, la CFAO visait surtout à commander les machines-outils pour la réalisation des maquettes et prototypes, mais la fiabilité du procédé fait aujourd'hui intervenir l'ordinateur sur tout le cycle de production. Les maquettes sont au passage également devenues virtuelles. Des interfaces d'exportation comme IGES, STEP, … permettent également l'importation des schémas, des plans, des solides dans la documentation technique des objets fabriqués. Finalement la CFAO c'est : 1 - Avoir une idée 2 - Concevoir 3 - Fabriquer 4 - Assembler 1+2 = C.A.O 3+4 = F.A.O C.A.O + F.A.O = CFAO Les modélisations géométriques en DAO et CAO 3 Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur - Génie Mécanique - ENP Oran A. NOUREDDINE LES MODELISATIONS GEOMETRIQUES EN DAO ET CAO SOMMAIRE 1. Introduction 1.1. DAO et CAO 1.2. Le modèle géométrique 2. La modélisation bidimensionnelle 2. 1. Introduction au 2D 2.2. La modélisation 2D 2.2.1. Définition 2.2.2. Avantages 2.2.3. Inconvénients 3. Les modélisations tridimensionnelles 3.1. Introduction à la 3D 3.1.1. Avantages 3.1.2. Inconvénients 3.2. La modélisation filaire 3.2.1. Définition 3.2.2. Avantages 3.2.3. Inconvénients 3.3. Les modélisations surfaciques 3.3.1. Définition 3.3.2. Avantages 3.3.3. Inconvénients 3.4. La modélisation volumique 3.4.1. Définition 3.4.2. Avantages 3.4.3. Inconvénients Les modélisations géométriques en DAO et CAO 4 Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur - Génie Mécanique - ENP Oran A. NOUREDDINE Les modélisations géométriques en DAO et CAO 5 Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur - Génie Mécanique - ENP Oran A. NOUREDDINE Les modélisations géométriques en CAO et DAO 1. Introduction Le domaine de la modélisation géométrique et du solide est la base de la CAO mécanique et d'applications graphiques avancées. Il s'agit de représenter fidèlement des objets et d'être capable, à partir de là de résoudre des problèmes géométriques, physiques,.... et de représentation graphique. C’est une représentation d’objets réels du point de vue de leurs propriétés géométriques (et non pas fonctionnelles). Dans les années 70, les logiciels de CAO (Conception Assistée par Ordinateur) n’étaient que des logiciels de DAO (Dessin Assisté par Ordinateur). Ils ont évolué petit à petit grâce, d’une part à l’augmentation des performances du matériel informatique et d’autre part à la recherche dans le domaine du logiciel. L’importance du modèle géométrique 3D qui est le cœur des logiciels de CAO n’est plus à démontrer. Les premières tentatives pour représenter des solides ont été dues à des problèmes qui n’étaient pas directement liés à la CAO (on n’employait d’ailleurs pratiquement pas ce terme à l’époque), mais à des contraintes spécifiques. En effet, la nécessité de manipuler graphiquement des objets a rapidement conduit à se poser le problème de leur représentation en machine. Parmi les premiers systèmes basés sur la modélisation des solides, on peut citer, dès le début des années 70, EUCLID, en France (CNRS) et EUKLID en Suisse. La motivation des concepteurs d’EUCLID se trouvait dans la nécessité de disposer d’une maquette virtuelle pour traiter des problèmes de soufflerie. Aux Etats-Unis un certain nombre d’études ont été lancées, alors même que les systèmes dits « clés en main », qui provenaient de ce même pays, ont conservé très longtemps (y compris au début des années 80), une approche « fil de fer ». Le principal projet est connu sous le terme PADL, et il reste indiscutablement l’approche la plus formalisée de la modélisation des solides. Il a débouché sur des systèmes industriels, parmi lesquels le plus caractéristique est probablement GMSOLID (General Motors). D’autres développements (avec Hanratty, par exemple), bien que moins avancés d’un point de vue formalisation, ont permis des implantations dans de nombreux systèmes industriels (AN VIL, par exemple). Les modélisations géométriques en DAO et CAO 6 Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur - Génie Mécanique - ENP Oran A. NOUREDDINE Le Japon, bien que relativement peu connu dans le domaine de la CAO, a vu se développer, essentiellement dans le cadre universitaire, des modèles de solides, comme GEOMAP, vers 1978, ou TIFS (avec une des premières approches comportant des notions de boîtes), qui sont eux aussi des systèmes génériques. Enfin, l’Europe a vu également se développer des projets autour de la modélisation des solides, comme COMPAC ou ROMULUS. Parallèlement à ces projets se développaient, chez les fournisseurs de CFAO et chez de grands utilisateurs, des systèmes répondant à des besoins spécifiques, le plus souvent dans le domaine de la modélisation des surfaces. Ce fut tout particulièrement vrai pour la modélisation des surfaces, avec les travaux de Coons, Bézier, De Casteljau et d’autres, dont les avancées théoriques sont encore à la base des systèmes d’aujourd’hui. D’autres développements, à l’Aérospatiale ou chez Dassault, allaient conduire à des systèmes commercialisés par la suite (STRIM, CATIA, ...). Il est à noter que les travaux sur les surfaces se sont longtemps développés de manière totalement indépendante de ceux sur les solides. En réalité, ces deux approches répondaient à deux grandes catégories de problèmes et ont fait appel à des méthodes de résolution très différentes (« mathématique» pour les surfaces, « structure de données » pour les solides). Ce fut également le cas pour des systèmes dont la vocation pragmatique, au sens où ces systèmes étaient directement utilisables en bureaux d’études sans remettre en cause les méthodes de travail, était évidente. Plus particulièrement orientés vers le 2D (ou le 2D 1/2), ces projets ont débouché sur des systèmes tels que CADAM (Lockheed). On peut remarquer enfin, que des méthodes très actuelles (conception paramétrique, géométrie variationnelle), étaient déjà présentes dans plusieurs travaux dès le début des années 1980. Notons le fait que la plupart des algorithmes que l’on considère comme liés à la modélisation géométrique ont été définis dès le début des années 1970, que ce soit pour les aspects visualisation (les fondements de la plupart uploads/Industriel/ cfao-2013-2014-pdf.pdf