dernière modification : avril 2007
Les travaux de l'équipe se déclinent selon 2 thèmes :
Ingénierie collaborative et intégration des métiers :
Participants permanents :
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Aline CAUVIN, Jean-Paul KIEFFER, Jean-Philippe PERNOT, Philippe VÉRON.
Mots clés :
Conception intégrée, Travail collaboratif, Maquettes numériques, Modèles polyédriques, Simulation d'assemblages.
Description des activités sur le thème :
L'objectif principal des travaux menés sur ce thème consiste à améliorer les processus d'ingénierie avec une démarche d'intégration produit - processus. Plus précisement, les recherches consistent :
- à définir et mettre en œuvre des méthodes de conception et des processus de décision dans un contexte de travail collaboratif multi-sites,
- à développer des méthodes et des outils de construction, de partage, de manipulation et d'adaptation de maquettes numériques qui constituent les supports fédérateurs du travail collaboratif,
- à formaliser les connaissances métiers et les rendre disponibles au plus tôt dans le cycle de vie des projets.
Méthodes de conception et processus de décisions dans un contexte de travail collaboratif multi-sites :
Aujourd'hui, l'efficacité d'une organisation résulte de sa capacité à construire des réponses pertinentes, rapides et adaptées à l'environnement économique, technique et humain. Dans nos recherches, nous nous focalisons sur la capacité à maîtriser le temps de mise sur le marché des produits et à maîtriser les coûts tout au long du cycle de vie du produit. Ce qui nous amène à nous intéresser :
- à modéliser les processus de décisions et à les formaliser,
- à proposer de nouvelles organisations et infrastructures pour le travail collaboratif multi-sites,
- à définir et à mettre en oeuvre de nouvelles méthodes de conception.
Les travaux de l'équipe ont conduit à l'élaboration de méthodologies pour l'ingénierie intégrée de produits, et à la définition de modèles interfaces entre les acteurs des activités de co-conception.
En ce qui concerne l'élaboration de méthodologies pour l'ingénierie intégrée de produits, les problématiques traitées concernent la gestion de compétences multiples et délocalisées et la cohérence de modèles multiples et distribués. L'objectif est d'améliorer le pilotage des processus de décision en mobilisant un ensemble de modèles (thèse de
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Patrice MICOUIN).
D'autres travaux sur la conception d'organisations industrielles ont abouti à la caractérisation et à la modélisation d'un mode de management adapté aux besoins du marché actuel: la gestion par affaires. Ce type d'organisation se développe dans les PME-PMI. Il favorise le déploiement des processus de conception de produits assemblés complexes. Nous avons réfléchi à la modélisation des circuits informationnels et décisionnels nécessaires au fonctionnement des organisations gérées par affaire (thèse de
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Thierry Lattanzio).
Les travaux portant sur le travail collaboratif multi-sites ont abouti à la proposition de nouvelles organisations et infrastructures visant à supporter cette forme de travail. Pour cela, nous avons proposé une démarche de conception et de déploiement d'un environnement de travail collaboratif pour supporter le processus de co-conception de produits assemblés complexes développés par de multiples acteurs géographiquement dispersés (thèse de
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Sébastien BERNARD).
Dans le cadre de l'ingénierie de systèmes, la composante coût est prépondérante et concerne aujourd'hui les fonctions de conception. Il leur est demandé de considérer aussi bien la définition du produit que les coûts associés comme objectifs à atteindre. Il s'agit de construire et de mettre en œuvre des méthodes de maîtrise de la fiabilité des produits complexes dès les phases amont d'un projet. Pour cela, la réflexion engagée par l'équipe associe les approches de la conception à coût objectif (Design To Cost) et de l'amélioration de la fiabilité dans le but de développer une démarche de conception à fiabilité objectif (Design To Reliability) (thèse de
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Guillaume PONCELIN).
Les travaux développés dans le contexte de l'ingénierie intégrée ont été validés dans des publications sur les thèmes suivants :
- étude des activités de conception dans le cadre du travail collaboratif multisite avec une application à l'industrie aéronautique dans l'objectif d'élaborer un environnement socio-technique adapté. Ces études ont été appliquées dans le projet européen ENHANCE, pour élaborer un environnement de travail adapté dont un premier aboutissement est le déploiement d'une salle de revue collaborative,
- analyse, caractérisation et modélisation des activités développées dans le contexte industriel d'un management s'appuyant sur le mode de gestion "par affaires". Ces études rendent compte de l'exploitation de données issues du terrain industriel, extraites de l'expérience professionnelle d'un ingénieur conseil.
Construction, manipulation et adaptation de maquettes numériques de produits en conception intégrée directe et inverse :
La maquette numérique d'un produit contient un ensemble de données plus ou moins bien structurées et permettant de simuler tout ou partie du cycle de vie du produit. Parmi elles, on trouve naturellement les modèles géométriques qui permettent de définir les formes du produit, et qui sont utilisés comme supports pour bon nombre des métiers intervenants tout au long du processus d'ingénierie du produit (e.g. design, conception, simulation, fabrication). Les modèles géométriques utilisés sont généralement de natures différentes (e.g. modèles filaires, surfaciques, polyédriques, B-Rep, nuages de points) et de niveaux de résolution différents (modèles plus ou moins simplifiés). C'est donc sur ces concepts de multi-représentations et de multi-résolutions géométriques que portent nos recherches. Il s'agit de définir des modèles, des méthodes et des outils pour la construction, la manipulation et l'adaptation des modèles géométriques utilisés dans le cadre de processus de conception intégrée directe ou inverse (Reverse Engineering). Récemment, l'utilisation d'images comme supports pour la représentation des formes d'un objet a ouvert de nouvelles perspectives de recherche. Nos contributions s'articulent autour de trois axes principaux que sont :
- la simplification de modèles géométriques (modèles polyédriques et B-Rep),
- la déformation de modèles géométriques (modèles surfaciques et polyédriques),
- l'extraction d'informations contenues dans les images pour la manipulation de polyèdres (simplification et mise en conformité).
La simplification de modèles géométriques est une activité importante du processus de conception mécanique. La volonté de s'orienter vers le tout numérique fait qu'aujourd'hui la masse des données contenues dans la maquette numérique d'un produit est colossale. Il faut donc imaginer de nouveaux outils permettant d'utiliser les modèles géométriques à leur résolution la plus adaptée au besoin. Dans ce contexte, plusieurs travaux ont été menés sur :
- la simplification de modèles polyédriques et de modèles B-Rep à l'aide de critère mécanique,
- la simplification d'assemblages.
La déformation des modèles géométriques est également une activité importante du processus de conception puisqu'il s'agit de permettre la manipulation de modèles géométriques à l'aide d'un jeu restreint de paramètres de contrôle. Parmi les résultats obtenus, nous pouvons citer :
- la déformation de polyèdres dans le cadre du remplissage de trous présents dans les modèles polyédriques issus de la digitalisation d'un objet physique;
- la déformation de courbes et surfaces NURBS dans le cadre de la manipulation de formes caractéristiques paramétrées : relaxation automatique, contraintes fonctionnelles sur les surfaces gauches ;
L'extraction d'informations contenues dans des images est une idée novatrice dans le domaine de la conception mécanique non habitué à ce type de support d'information. Il s'agit pour le moment d'aller extraire des informations relatives aux lignes de caractère de l'objet, i.e. les lignes qui donnent l'apparence visuelle de l'objet, et ceci afin de piloter :
- la simplification de polyèdres;
- le remplissage de trous dans les modèles polyédriques issus de la digitalisation (thèse de
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Minica PANCHETTI).
Concernant les multi-représentations proprement dites, l'équipe travaille en lien avec le laboratoire MAP (UMR CNRS 694). Cette collaboration a fait l'objet de la thèse de
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Livio DE LUCA. Le travail mené dans ce contexte concerne la spécification d'une approche de restitution d'édifices patrimoniaux. Les perspectives concernent l'adaptation des résultats obtenus pour la mise en place d'un modèle multi-résolutions et multi-représentations dans un contexte de conception mécanique. A terme, l'objectif est de poursuivre dans cette direction avec des travaux sur la « structuration » de la maquette numérique et sur son « partage » entre les différents acteurs du cycle de vie (e.g. conception, fabrication, maintenance) dans un contexte de forte dynamique d'évolution continue des données dans le temps.
Formalisation et intégration de connaissances métiers en conception intégrée :
La formalisation de connaissances métiers et leur intégration opérationnelle dans les processus de conception, à travers des outils d'assistance et d'aide à la décision pour les différents acteurs métiers, constitue un véritable enjeu de recherche. Des travaux ont été menés, d'une part sur l'intégration, en phase de conception, des connaissances liées aux procédés d'assemblage des systèmes mécaniques, et d'autre part sur l'intégration, toujours en phase de conception, des connaissances liées aux procédés de fabrication des pièces de fonderie.
a) Intégration en phase de conception, des connaissances liées aux procédés d'assemblage des systèmes mécaniques
La prise en compte, pendant la conception, des contraintes d'assemblage et également, de désassemblage du produit et des coûts associés constitue une problématique importante. On parle de conception pour l'assemblage (i.e. DFA : Design For Assembly). En particulier, l'évaluation du niveau de difficulté pour assembler un produit, des moyens d'assemblages à mobiliser et du coût associé à chaque opération d'assemblage est un enjeu fort auquel les méthodes existantes ne répondent que partiellement et sont lourdes à mettre en oeuvre. Les travaux réalisés ont été initiés dans le cadre d'une collaboration avec C. Mascle, Professeur au département de Génie Mécanique de l'Ecole Polytechnique à Montréal lors de ses séjours dans l'équipe en tant que Professeur invité. Ils ont permis de proposer une approche permettant d'évaluer automatiquement le coût d'assemblage d'un système mécanique, en exploitant les modèles CAO des pièces pour en extraire des critères géométriques et technologiques. L'approche proposée est basée sur l'utilisation de la méthode de Boothroyd-Dewhurst qui permet de déterminer la méthode d'assemblage la plus appropriée pour un produit donné et d'évaluer l'efficacité de la conception de son assemblage. La logique floue a été introduite dans cette méthode pour améliorer la mesurabilité des caractéristiques d'assemblage d'une pièce. Les modèles géométriques des pièces constituant le produit sont utilisés pour identifier des caractéristiques géométriques d'assemblages (i.e. axes d'insertion de pièces, symétries, formes caractéristiques pour l'orientation et/ou l'indexage des pièces) afin d'automatiser le processus d'évaluation des opérations d'assemblages.
b) Intégration en phase de conception, des connaissances liées aux procédés de fabrication des pièces de fonderie
La problématique d'intégration conception – procédé de fonderie a est abordée avec le même esprit que pour la partie assemblage précédente. Il s'agit de proposer une approche structurée de conception dédiée aux pièces de fonderie en intégrant les contraintes, les règles et les connaissances relatives au métier de la fonderie. Ces travaux ont été initiés assez récemment dans l'équipe et s'appuient sur les ressources matérielles de l'ENSAM d'Aix-en-Provence qui possède une fonderie permettant de réaliser des expérimentations, et sur l'expertise largement reconnue d'un fondeur enseignant à l'ENSAM (Y. Liccia).
Un premier travail a permis de clarifier le vocabulaire métier utilisé par les fondeurs et les différentes étapes du processus de conception d'une pièce de fonderie ont été identifiées sur la base d'études de cas industriels. Les modèles intermédiaires mis en oeuvre ont été caractérisés (i.e. données d'entrée, contenu du modèle, données de sortie). Ces modèles constituent différentes représentations de la pièce et traduisent son évolution au cours du processus de conception. Les difficultés majeures inhérentes à ce processus ont été mises en évidence. Il s'agit principalement de ruptures totales ou partielles de la chaîne numérique, c'est-à-dire l'absence ou l'insuffisance de liens inter modèles qui conduisent à des problèmes de maintien de cohérence globale et à des manques de réactivité lorsque des modifications doivent être faites sur les modèles amonts. Ces travaux se poursuivent avec la thèse de
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Lionel MARTIN qui a pour objectif de proposer et de mettre en oeuvre un processus de conception des pièces de fonderie intégrant mieux les différentes étapes et les modèles utilisés. Face à l'étendue du sujet, dans un premier temps, le cas particulier de l'étape de définition des systèmes d'alimentation de la pièce a été étudié. Pour répondre aux besoins importants de réactivité dans cette phase, une approche basée sur la mise en oeuvre d'un outil de simulation rapide a été développée. Ces travaux, centrés sur la définition de la pièce de fonderie et de son système de coulée, sont complémentaires de l'approche globale d'optimisation du triptyque coût/produit/process des pièces de fonderie, développée au laboratoire IRCCyN de Nantes.
Machines et systèmes intelligents :
Participants permanents :
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Daniel BRUN-PICARD, Jean-Claude CARMONA, François MALBURET, George MORARU.
Mots clés :
Vibrations, surveillance vibratoire, acoustique, dynamique non linéaire, identification, contrôle actif, commande par auto-aprentissage, commande robuste.
Description des activités sur le thème :
La problématique générale des recherches sur ce thème met l'accent sur la compléxité des comportements des machines et des systèmes dits intelligents. En premier lieu, on se heurte à une compléxité de type phénoménologique croissante des domaines aussi variés que la physique, la chimie, l'électronique et bien d'autres encore. Par ailleurs, la richesse née de la diversité des modélisations disponibles, nous conduit à des modélisations tantôt analytiques, tantôt numériques, et, de plus en plus, à une approche multi-modèle.
Dans ce contexte, il parait fondamental de bien distinguer le type d'application envisagée, non seulement entre les notions classiques de modèles de connaissance et de modèles de comportement, mais encore entre la description de comportement vibratoire de type harmonique, ou aléatoire voire chaotique, bien souvent lié au caractère fortement non linéaire des phénomènes mis en jeu.
Ainsi, un enjeu majeur des recherches et des approches que nous développons dans ce domaine consiste à bien modéliser les différents phénomènes observés et à mettre en place des méthodologies permettant de contrôler certains phénomènes identifiés sans pour cela solliciter d'autres comportements vibratoires coexistants.
Stratégies de contrôle / commande :
a) Commande par auto-apprentissage
Le contrôleur par auto-apprentissage tire parti de la nature répétitive de certains procédés pour réduire l'erreur de suivi de trajectoire ou pour compenser les perturbations répétitives auxquelles il est soumis. L'aspect formel et structurel des contrôleurs ILC (iterative learning control) est désormais quasiment maîtrisé, seuls quelques points obscurs subsistent concernant la rapidité et l'uniformité de la convergence. Les recherches engagées par l'équipe dans ce domaine ont posé les bases d'une analyse vectorielle approfondie permettant de comprendre comment l'évolution des signaux internes du dispositif d'apprentissage pouvait conduire à un phénomène de dépassement indiciel dans le domaine de répétition. Ainsi une méthodologie a pu être proposée pour déterminer les paramètres du contrôleur, dont l'efficacité à été observée par expérimentation sur un démonstrateur à deux axes. Un deuxième objectif a été de développer un niveau supérieur pour l'ILC, dénommé ALC ou "auto-apprentissage par analogie". Il résulte d'un besoin fondé sur le fait que le contrôleur ILC se réinitialise lorsqu'une nouvelle tâche est assignée au système. Il perd ainsi toute "connaissance" acquise sur le système lors de la tâche précédente. La solution proposée met en oeuvre une base de données, dans laquelle est stockée la composante apprise par l'ILC, ainsi que des informations caractérisant la tâche exécutée. Une représentation compacte de cette connaissance en est extraite à l'aide d'une modélisation basée sur les splines cubiques. Les simulations montrent que les interpolations réalisées sur la base de connaissance pour des tâches non encore exécutées permettent d'obtenir une excellente qualité d'asservissement dès le premier cycle de fonctionnement (thèse de
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Françis GÉRARDIN).
b) Amélioration des lois de mouvement et de commande des machines à dynamique élevée.
Les recherches engagées dans cette voie visent à optimiser les performances des systèmes mécaniques contrôlés (écart de suivi de trajectoire, rapidité, etc.) par l'adaptation de la commande et des lois de mouvement imposées à de la structure mécanique. Il s'agit de réduire l'influence de la commande sur les déformations et les vibrations des machines présentant des modes propres susceptibles d'être excités. La démarche proposée passe par l'utilisation des lois de mouvement "respectueuses" de la dynamique connue de la machine (techniques d'anticipation) et optimisées, pour exciter le moins possible la dynamique inconnue (lois de type spline de degrée 3 ou 5 à jerk minimal).
Dynamique non linéaire en usinage :
L'enjeu des recherches engagées dans la modélisation et l'étude des phénomènes vibratoires en usinage, est double. D'une part, comprendre et modéliser les instabilités affectant les systèmes de fabrication représente une nécessité pour développer des approches destinées à les éviter ou les combattre. Dans une autre optique, dans certains cas, il est possible de tirer profit de la présence des vibrations lorsqu'elles sont maîtrisées. Les modèles développés ont visé d'abord la modélisation fine des interactions et des phénomènes vibratoires dans le système pièce-outil-machine. L'étude de la stabilité des systèmes dynamiques ainsi obtenus, fait intervenir des retards et des discontinuités, conduisant à des cycles limites et des phénomènes apparaissant dans le système en présence de régimes vibratoires (bifurcations, phénomènes de sauts). Les outils mathématiques employés font partie de l'arsenal moderne de la dynamique non linéaire et de l'étude des systèmes à retard. Les modèles prédictifs développés ont été testés sur des systèmes réels et sur des bancs d'essais, mettant en évidence les domaines de validité. Les résultats obtenus ont permis en même temps la validation et le développement d'un nouveau procédé de perçage, assisté par vibrations axiales auto-entretenues (thèse de
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George MORARU).
Maîtrise du comportement vibratoire des structures complexes :
Les travaux menés ont eu pour objectif de modéliser et contrôler les phénomènes vibratoires sur des structures complexes telles qu'un hélicoptère. Dans ce cas, les sources vibratoires sont d'origines très différentes (aérodynamique, systèmes tournants, souplesse de structure) et fortement couplées, et les chemins vibratoires difficile à appréhender. Les contributions dans ce domaine sont les suivantes :
- Comparaison de stratégies de contrôle de vibrations par des technologies et méthodes de contrôle différentes appliquées à des structures complexes. Ces travaux ont également donné lieu à un ouvrage complet de synthèse paru en langues française et anglaise.
- Contrôle actif du couplage vibratoire de structures complexes lors de choc. Il s'agit de comparer différentes méthodes passives et actives pour éviter le couplage entre différentes sous structures lors de l'atterrissage dur d'un hélicoptère. Un banc d'essais a été réalisé (thèse de
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Cédric LOPEZ).
- Identification de comportements vibratoires de structures complexes sous efforts ambiants. Sur une structure aussi complexe que l'hélicoptère, seule la configuration de vol propose la présence des différents sous ensembles mécaniques. Les travaux consistent, à l'aide de mesures effectuées en vol, à comparer les méthodes existantes pour l'identification sous efforts ambiants, et à choisir la, ou les méthodes les plus adaptées en tenant compte notamment de la présence simultanée de sources aléatoires et harmoniques quelques fois corrélées (thèse de
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Jérôme MONTAGNY).
L'ensemble de ces activités a fait l'objet de 9 contrats industriels avec la société Eurocopter.
Analyse et modélisation de processus vibratoires complexes en vue de leur contrôle :
Une première direction forte de recherche de l'équipe dans ce domaine a été de mieux comprendre la problématique de l'action de plusieurs sources de bruits (solidiens et/ou aériens) non-corrélées sur une structure complexe dont l'état vibratoire résultant devait être maîtrisé. Cette problématique est essentielle dans le domaine des transports (aérien ou terrestre, individuel ou collectif). Cela necessite la mise en synergie de travaux de recherche dans les domaines de :
- l'analyse et le diagnostic de chemins de bruits dans le cas multi sources et multi voies, problème qui demeure non trivial mettant en œuvre des méthodologies de traitement de signal fines, appropriées, conséquentes à une étude phénoménologique délicate (acoustique et vibrations). Il a fallu réfléchir en amont sur les avantages et les inconvénients des différentes techniques classiquement utilisées en acoustique et traitement de signal, puis proposer des techniques émergentes comme l'utilisation de l'holographie acoustique et/ou de la formation de voies.
- l'identification de modèles vibratoires de plaques équivalentes, c'est-à-dire présentant le comportement vibratoire équivalent (modèles de comportement) à celle d'une structure de plaques, non homogènes et soumis à diverses sources non cohérentes. L'intérêt majeur est de pouvoir disposer d'un modèle de plaques suffisament classique pour déduire assez aisément le champ acoustique résultant en différent point de l'espace. Une des applications reines de ces travaux est l'amélioration du confort acoustique dans les habitacles des véhicules de transports (exemple, cabine d'hélicoptère). Ces travaux très novateurs se situent à la charnière entre l'acoustique, le traitement de signal et l'automatique.
Ces travaux ont fait l'objet de la thèse de
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Julien CAILLET, et de plusieurs publications.
D'autres travaux ont été menés pour rechercher des estimateurs suffisamement robustes pour lutter intrinsèquement et de manière efficace contre les artefacts de mesures (bruits et autres "outliers"). Ces travaux "plus amont" ont permis d'étudier les propriétés statistiques de tels estiamteurs robustes. Des résultats intéressants ont permis de générer des méthodologies d'estimations robustes particulièrement adaptées aux systèmes vibratoires complexes. Ils s'appuient sur l'exploitation des célèbres M-estimateurs de Huber, très efficaces en statistiques robustes.
