Les outils d'ingénierie numérique s'appuient sur les données

Du programme de dessin aux simulations dynamiques en temps réel

Les outils d'ingénierie numérique pour l'industrie évoluent rapidement, l'accent étant clairement mis sur un avenir plus intelligent, plus connecté et plus durable. Cela a un impact sur le département de conception et de production, mais cela ouvre également plus d'opportunités de collaboration au niveau mondial. L'objectif ultime de ces outils est d'obtenir un produit final sûr et de qualité de manière plus efficace et moins coûteuse. L'expression 'efficace et bon marché' s'applique donc à l'ensemble de la chaîne. Comment les concepteurs de logiciels voient-ils l'avenir et dans quelle mesure l'IA, les jumeaux numériques et l'intégration en temps réel des données jouent-ils déjà un rôle à cet égard?

La conception - ou l'ingénierie - numérique a longtemps été réalisée à l'aide d'outils dédiés qui, à l'origine, servaient principalement à dessiner. À l'époque, les principaux avantages résidaient dans la facilité avec laquelle les dessins pouvaient être modifiés et éventuellement copiés pour une nouvelle conception basée sur un produit existant. Rapidement, ces programmes ont été étendus afin d'inclure une certaine forme d'intelligence permettant d'effectuer des calculs (techniques). Par exemple, en ce qui concerne la résistance et la rigidité, mais aussi dans le contexte de la visualisation.

Nouvelles technologies

Aujourd'hui, les programmes disposent d'un grand nombre de technologies avancées. Cela permet aux concepteurs, mais aussi à tous les acteurs de la chaîne de conception et de fabrication, d'en bénéficier. Les logiciels aident à calculer les conceptions sur base de théories mathématiques et physiques et peuvent indiquer où les choix de conception posent problème. L'optimisation en jouant sur les paramètres est facilement possible ou alors, le logiciel optimise lui-même en fonction d'un thème spécifique (coûts, durabilité, choix des matériaux, etc.).

En outre, les outils sont devenus de plus en plus puissants dans l'échange de données avec, par exemple, le département de production ou le client. Ou vice versa: les parties fournissent des données au concepteur, qui peut les intégrer dans sa conception. Il peut s'agir de données relatives à des composants standard ou à l'expérience de l'utilisateur, par exemple.

CADblanche, par exemple, est une entreprise qui développe des logiciels personnalisés indépendants de la CAO pour permettre une ingénierie autonome pour la construction préfabriquée. Ils déclarent: "Le développement d'un élément préfabriqué se déroule selon la méthodologie Agile Scrum. Cela permet aux clients d'avoir un aperçu continu de la progression et de contribuer activement aux idées. Il en résulte des solutions qui ne sont pas seulement techniquement avancées, mais aussi directement applicables et utiles pour les opérations quotidiennes."

Les développements les plus récents concernent l'application de ce que l'on appelle les jumeaux numériques et l'IA (intelligence artificielle). Mais nous y reviendrons plus tard.

Un ensemble complet

Dassault Systèmes est l'un des principaux fournisseurs de ce type de logiciels qui regroupent pratiquement toutes les technologies disponibles. Cette entreprise conçoit des solutions numériques pour la conception 3D, la simulation, l'intelligence de l'information et la collaboration.

La plateforme 3DEXPERIENCE est un écosystème en ligne qui permet aux utilisateurs de diverses industries de concevoir, de simuler et de gérer des projets ensemble en utilisant des données réelles. L'entreprise explique que ses solutions sont basées sur la connexion du monde virtuel au monde réel par le biais de modèles scientifiques et d'informations fondées sur des données.

Types d'outils

Il existe un grand nombre de types d'outils d'ingénierie sur le marché. Pour l'industrie, on peut grosso modo les diviser en cinq types. Premièrement, les véritables logiciels de dessin, ou plus professionnellement, les logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO). Ces programmes conviennent à la création de modèles 2D et 3D et sont surtout connus sous la forme de CATIA, SolidWorks, Fusion 360 et Corel CAD.

Tout comme le C de CAO signifie 'conception', le F de FAO se réfère à la fabrication. Un logiciel de FAO - notamment  Solid Edge Can Pro et Fusion360 - crée des instructions pour la fabrication. La tendance est à l'automatisation croissante du passage de la conception à la fabrication. Le logiciel FEA permet notamment de calculer la résistance, la rigidité, la tension, la traction et la pression. FEA est l'abréviation de Finite Element Analysis (analyse par éléments finis) 

Le logiciel aide à calculer les conceptions sur la base de théories mathématiques et physiques et peut indiquer où les choix de conception posent des problèmes

Les logiciels PLM traitent de la gestion du cycle de vie de la production. Il permet aux ingénieurs de suivre et de gérer toutes les données liées à leur produit. Les variantes les plus connues sont Teamcentrum Siemens, UpChain et artne.

Enfin, les logiciels de simulation permettent d'imiter le comportement dynamique d'un système, par exemple. Le grand avantage est que des tests (sûrs) peuvent être effectués dans un environnement virtuel dès la phase de conception, ce qui permet d'identifier et de résoudre les éventuelles erreurs de conception à un stade précoce, avant que des étapes de production coûteuses ne soient franchies.

Outre ces cinq types de logiciels, il existe également des logiciels BIM pour les projets de construction et des logiciels SIG qui cartographient le monde. Dans le contexte des applications industrielles, nous les laisserons de côté.

Outils spécifiques aux applications

Outre les outils d'ingénierie numérique généraux adaptés à un large éventail d'applications, plusieurs entreprises développent leurs propres logiciels, précisément adaptés à leur portefeuille de produits et de services. Par exemple, l'une des spécialités de Bosch Rexroth est l'hydraulique mobile, pour laquelle de nombreux outils numériques sont désormais disponibles. L'objectif est de concevoir efficacement et dès le départ le système d'entraînement et de commande approprié.

Tout tourne autour de la gestion et de l'utilisation efficaces des données existantes et nouvellement générées qui se concentrent non seulement sur le processus de conception - y compris la simulation de conduite - mais aussi sur la maintenance future, l'intégration avec des systèmes back-end, la réutilisation et la maintenabilité du code, la planification, la mise en service, etc. Dans de nombreux cas, les outils sont modulaires, de sorte que l'utilisateur final n'a qu'à choisir les modules qui s'appliquent à lui. Ils peuvent donc également être utilisés par les petits fabricants.

Les logiciels PLM traitent de la gestion du cycle de vie de la production

Komdex constate également que les PME s'intéressent de plus en plus aux outils d'ingénierie numérique qu'elles développent pour le PDM, le PLM et la préparation du travail. Elles indiquent que le lien traditionnel CAO-ERP, qui était surtout courant chez les équipementiers et les constructeurs de machines, est en train de se déplacer vers les PME.

En outre, la demande de préparation automatisée du travail n'est plus réservée aux entreprises plus standardisées telles que les équipementiers et les constructeurs de machines, mais peut également concerner des entreprises plus petites, dont la gamme de produits n'est pas ou peu standardisée. Ainsi, la CAO 3D peut être utilisée non seulement comme outil de conception, mais aussi comme plateforme de préparation automatisée du travail, avec un lien vers les ventes et l'atelier de production.

Tendances

Les réponses à la question sur les principales tendances sont diverses et liées au type d'utilisateur dans le secteur concerné. Mais bien entendu, des tendances générales peuvent également être identifiées.

Relier les disciplines

Les machines intégrant de plus en plus l'électronique, l'automatisation et les logiciels, il devient de plus en plus important que toutes les disciplines - mécanique, électricité, logiciels et ingénierie de contrôle - travaillent ensemble sur un modèle de système partagé qui saisit chaque dépendance et chaque exigence. Cela permet d'assurer la cohérence et la traçabilité entre les disciplines, d'éviter les conflits de conception au stade final et de garantir que le produit répond aux besoins du client.

Jumeau numérique et conception pilotée par la simulation

Le jumeau numérique n'est plus une simple visualisation, mais un modèle prédictif et évolutif du produit et de ses performances. Les jumeaux virtuels devraient de plus en plus permettre aux équipes de conception de simuler le comportement des machines dans des conditions réalistes et d'explorer des scénarios de simulation dès le début du développement. Les imperfections peuvent ainsi être détectées avant même qu'une étape ait été franchie sur le plan physique. Pour les équipementiers, cela signifie qu'il est possible de fabriquer des pièces dès la première fois et d'accélérer le démarrage de la production.

Ingénierie liée à la production

Il a déjà été mentionné dans cet article que les outils d'ingénierie numérique peuvent faciliter le passage de l'ingénierie à la production. Cette étape est considérée par beaucoup comme la phase la plus vulnérable du développement d'un produit; trop souvent, les conceptions sont réalisées dans un seul système, tandis que la production repose sur des données obsolètes.

La synchronisation continue des nomenclatures d'ingénierie, de fabrication et de service (EBOM, MBOM, SBOM) permet à toutes les parties prenantes de travailler à partir de la même définition. Les risques d'inadéquation, de retouches et de retards peuvent ainsi être évités.

Intelligence artificielle

Et puis, bien sûr, il y a le phénomène prometteur de l'intelligence artificielle (IA). L'IA redéfinit la manière dont les ingénieurs abordent la conception et l'optimisation. Les outils de conception générative peuvent analyser des milliers d'alternatives de conception sur base de paramètres prédéfinis tels que le poids, la résistance, la durabilité ou le coût.

Selon les concepteurs du logiciel, l'IA ne remplace pas le concepteur à cet égard, mais renforce la créativité humaine et permet une prise de décision plus rapide et des conceptions plus intelligentes. Cela permet d'obtenir des produits qui répondent aux objectifs de performance, de durabilité et de fabricabilité.

Collaboration basée sur l'informatique en nuage et continuité sécurisée des données

La numérisation signifie automatiquement que l'échange de données devient plus facile, mais elle est aussi directement liée à la cybersécurité. Les plateformes basées sur l'informatique en nuage permettent une collaboration en temps réel entre des parties du monde entier. Elles éliminent les contraintes d'infrastructure, accélèrent la collaboration et réduisent la complexité informatique. Tout cela en garantissant la sécurité et le contrôle des versions.

En bref, la prochaine génération d'outils intégrera l'IA, les jumeaux numériques et les données en temps réel pour créer des environnements d'ingénierie véritablement prédictifs et adaptatifs. En fin de compte, l'avenir de l'ingénierie numérique de cette manière réside dans l'intelligence connectée qui transforme la façon dont les machines sont conçues, construites et entretenues.

En collaboration avec Bosch Rexroth, CADblanche, Dassault Systèmes, Komdex et RN Mechanical Engineering