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Ecole Nationale Polytechnique d’Oran « Maurice Audin » Département de Génie Méc

Ecole Nationale Polytechnique d’Oran « Maurice Audin » Département de Génie Mécanique Génie Mécanique Conception Assistée par Ordinateur 1. Eléments de la CAO (Notes de cours) Dr A. NOUREDDINE Eléments de la CAO 1 Cours CAO - Dépt. Génie mécanique - ENP d’Oran « Maurice Audin » A. NOUREDDINE Sommaire 1. Objectif ........................................................................................................................................ 2 2. Définitions ................................................................................................................................... 3 2.1. La conception ....................................................................................................................... 4 2.2. La conception assistée .......................................................................................................... 6 2.3. La conception assistée par ordinateur .................................................................................. 7 3. Historique .................................................................................................................................... 8 4. La CAO au bureau d’études ...................................................................................................... 10 4.1. Introduction ........................................................................................................................ 10 4.2. Rôle du bureau d’études ..................................................................................................... 10 4.3. Répartition des tâches dans un bureau d’études ................................................................. 11 5. Modélisation .............................................................................................................................. 13 5.1 Notion de modèle ................................................................................................................ 13 5.2 Multi modélisation .............................................................................................................. 17 6. Les matériels pour la CAO ........................................................................................................ 17 7. Exemples de systèmes de CAO ................................................................................................. 18 Eléments de la CAO 2 Cours CAO - Dépt. Génie mécanique - ENP d’Oran « Maurice Audin » A. NOUREDDINE ELEMENTS DE LA CAO La conception assistée par ordinateur (CAO) peut se définir comme l'ensemble des aides informatiques au bureau d'études, comprenant l’ensemble des programmes et des techniques de modélisation qui permettent la conception de modèles et de produits, depuis l'établissement d'un cahier de charges jusqu'à la génération des documents et des fichiers regroupant les informations à transmettre à la Fabrication. La CAO permet aussi de simuler et donc de tester virtuellement les produits avant de les fabriquer. On peut parfois parler de DAO (Dessin Assisté par Ordinateur), mais ces outils ne permettent que la création de plans. Les données contenues dans des fichiers de DAO ne seront pas exploitables par les logiciels de Fabrication Assistée par Ordinateur (FAO). 1. Objectif L’objectif premier de la CAO est la création d’un modèle (maquette virtuelle) ayant les deux propriétés suivantes :  il doit représenter les propriétés de l’objet (au sens large)  il doit être exploitable (calculs, simulations, préparation des gammes, etc.).   L’architecture générale d’un système de CAO est présentée sur la figure 1. Eléments de la CAO 3 Cours CAO - Dépt. Génie mécanique - ENP d’Oran « Maurice Audin » A. NOUREDDINE L’interface homme-machine revêt une importance fondamentale, aussi bien en entrée (E), qu’en sortie (S). En entrée, il s’agit essentiellement de :  donner des valeurs (rayon d’un cercle, distance entre deux entités, etc.) ;  entrer des positions (en deux ou en trois dimensions) ;  choisir une action (menus) ;  identifier une entité (montrer un objet pour le modifier ou le déplacer, etc.). En sortie, on s’appuie en général sur la visualisation des objets soit sous une forme habituelle (perspective, vue de face, etc…), soit en montrant l’arborescence de conception. On peut également disposer de données issues par exemple de la numérisation d’une forme existante (Eauto). Enfin, on peut chercher à déterminer automatiquement des sorties telles que les programmes d’une machine à commande numérique ou d’un robot (Sauto). Pour mettre en œuvre la maquette virtuelle, le système de CAO gère des modèles et des connaissances. Les modèles sont des représentations d’objets existants ou en cours de conception. Ils sont divers : bibliothèques de visserie, avion, outillage, etc… Les connaissances représentent ce que peut connaître le système de CAO du mode de conception ou de l’organisation des données. Elles peuvent être partiellement incluses dans des modèles (historique de conception d’une pièce) ou être plus générales (algorithmes, systèmes experts, etc…) 2. Définitions Comme la plupart des nouvelles technologies, tout ce qui se rapporte à la CAO comporte de nombreux sigles ou acronymes qu’il est intéressant de connaître avant d’entrer dans les détails de leur signification. Le sigle CAO, pour Conception Assistée par Ordinateur (CAD : Computer Aided Design), désigne généralement les outils utilisés dans les premières phases de développement d’un produit, en particulier pour les activités des bureaux d’études. Cependant on peut lui donner une signification plus large en considérant que c’est le système de CAO qui contient les informations indispensables aux opérations de calcul ou de fabrication. La CFAO, Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur (CAD/CAM : Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing), recouvre quant à elle l’ensemble des phases de conception et de fabrication. Le sigle IAO, Ingénierie Assistée par Ordinateur (CAE : Computer Aided Engineering), est le plus souvent associé à la notion de calcul et de simulation. Il fait référence aux approches qui lient les modèles de CAO aux modèles de calcul pour conduire à une conception guidée par la simulation. Plusieurs autres sigles sont utilisés dans le cadre de la CAO comme CN pour commande numérique (NC : Numerical Command), SGBD pour système de gestion de base de données (DBMS : Data Base Management System), SGDT pour système de gestion de données Eléments de la CAO 4 Cours CAO - Dépt. Génie mécanique - ENP d’Oran « Maurice Audin » A. NOUREDDINE techniques (PDMS : Product Data Management System), prototypage rapide pour les méthodes permettant d’obtenir rapidement une maquette de l’objet ou un outillage (rapid prototyping), ingénierie simultanée pour les méthodes de travail où tous les corps de métiers peuvent intervenir en même temps, (concurrent engineering), etc… 2.1. La conception La recherche d'une définition de la conception assistée par ordinateur nous semblant une tâche assez futile, nous préférons une explication plus proche du vécu du travail de l'ingénieur et conforme à l’objectif cité plus haut ; il s'agit donc d'imaginer, de formuler des solutions pour remplir des fonctions bien définies à l'intérieur d'un ensemble de contraintes. Généralement, l'atteinte d'une solution (d'une conception ou design) n'est pas directe sauf pour des problèmes extrêmement simples. Le processus est plutôt itératif tel qu'illustré à la figure 2. De façon simpliste, on distingue d'abord le choix d'un modèle représentant le phénomène physique du problème. Ensuite, une première conception est élaborée et on vérifie si les contraintes sont satisfaites. On modifie la conception et on répète le processus jusqu'à ce que la conception vérifie les contraintes. Création d’un modèle Conception initiale Analyses Dessins de définitions Fabrication Modifications Contraintes Analyses conformes oui non Figure 2. Le processus de conception Eléments de la CAO 5 Cours CAO - Dépt. Génie mécanique - ENP d’Oran « Maurice Audin » A. NOUREDDINE On peut ainsi définir la conception ou le design comme un processus itératif au cours duquel un objet est conçu et modifié afin qu'il puisse remplir des fonctions bien définies et se conformer à un ensemble de contraintes. On identifie plusieurs étapes dans cette démarche:  création d'un modèle de l'objet  analyses, essais et simulation  construction de prototypes  modifications  réalisation de l'objet. A quelques variantes près dans l'enchaînement de ces étapes, la méthodologie est la même que l'objet soit un barrage, un circuit électrique, une pièce mécanique, etc… D’autres caractéristiques communes à l'ensemble des activités de conception sont les moyens ou média utilisés par le concepteur  outils analytiques : formules empiriques et équations issues de modèles mathématiques. Ceux-ci sont utilisés aussi bien lors de la création d'un modèle, lors de son analyse, ou des modifications;  information : propriétés et caractéristiques de toutes sortes, design antérieurs, etc… Ces informations auxquelles l'ingénieur fait appel sont contenues dans des manuels, dans sa propre mémoire, dans des plans, etc. Leurs formes sont variées : chiffrées, graphiques, textuelles. On a recours aux informations également à toutes les phases du processus de conception;  communication : l'ingénieur doit communiquer ou consacrer les résultats de son travail à l'une ou l'autre des phases. Par exemple, il lui faut communiquer la forme du modèle pour la réalisation d'un prototype, ou bien les résultats d'un calcul de contraintes pour réaliser certaines modifications. Les modes de communication sont graphiques, chiffrés ou bien textuels. Pris séparément, ces aspects donnent lieu à des activités quantitatives ( ou non créatives) et des activités qualitatives (créatives). L'aspect créatif de l'activité de conception se manifeste évidemment lors de la création d'un modèle, mais également tout au long du cheminement, c'est-à-dire dans le choix d'une méthode de calcul plutôt qu'une autre, l'appel à telle information ou l'interprétation d'un calcul, l'élaboration d'une modification à la suite d'une simulation, etc… La coordination de toutes ces activités en fonction d'un objectif et menant à une réalisation est le processus de conception. Eléments de la CAO 6 Cours CAO - Dépt. Génie mécanique - ENP d’Oran « Maurice Audin » A. NOUREDDINE 2.2. La conception assistée Avec l’augmentation de l'envergure et de la complexité des projets, chacune des étapes et des moyens mis en œuvre devient plus élaboré et nécessite une certaine spécialisation. Ainsi le concepteur ne peut plus communiquer avec un technicien à l'aide d'un dessin fait rapidement à main levée au-delà du stade préliminaire. La réalisation des pièces est telle que beaucoup d'information doit être transmise de façon complète et non équivoque. Ceci a donné lieu au dessin industriel, c'est-à-dire la codification de la communication graphique. De façon semblable, on ne peut plus analyser les contraintes dans une pièce mécanique ou la réponse d'un circuit par une simple formule tirée d'un manuel. On utilise plutôt un calcul numérique par uploads/Ingenierie_Lourd/ elements-de-la-cao.pdf