CAOPR. CAO et Prototypage Rapide. Ecole Nationale Polytechnique Département Génie Industriel

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1 . Ecole Nationale Polytechnique Département Génie Industriel CAO et Prototypage Rapide CAOPR La démarche de conception De l'idée au produit Du développement de l'idée à la commercialisation du produit fini différentes étapes Démarche de conception La démarche de conception a pour but de réaliser un produit /fournir service correspondant à un besoin. Un produit Rencontre entre des idées, des projets d innovations, des investisseurs et des entrepreneurs. De la conception à la réalisation Mieux comprendre pour mieux décider. Plan du cours 1. INTRODUCTION Cycle de vie d un produit. 2. Chaine numérique de conception CNC : de la conception a la réalisation 3. La chaîne de données numériques Modeleurs & Modélisation géométrique Standards d'échange de données CFAO Intégration CFAO et Machines-Outils à Commande Numérique 4. Le prototypage rapide : Définitions, contexte e et enjeux Les technologies de prototypage rapide Evolutions technologiques : Travaux Pratiques TP0 Programmation d'applications graphiques en CAO TP1 CAO et Modélisation 3D Les premiers pas avec un modeleur 3D TP2 FAO et Prototypage rapide Conception d'une pièce avec un logiciel de CAO, Fabrication virtuelle (avec un logiciel de Simulation) TP3 Projet de strato-conception Conception d'une pièce avec un logiciel de CFAO, Suivi de sa réalisation en prototypage rapide (sur machine) Processus à deux phases: Phase d exploration : émergence de l idée, Phase d exploitation : Le cycle de vie du produit proprement dit Exploitation dans le sens de mettre en valeur quelque chose en vue d'en tirer un profit Cycle de vie d un produit : Le cycle de l exploitation représente 90 à 95 % de l activité l entreprise. L exploitation est associée à des notions telles que la production, l efficacité, la mise en œuvre, l exécution. L exploration est plutôt associée à la recherche, la prise de risque, la découverte, l innovation. ENP /G.I /2 Année / Chap I : Chaîne Numérique de Conception ENP /G.I /2 Année / Chap I : Chaîne Numérique de Conception 1.0.2

2 Etude des besoins : Les besoins sont limités en nombre et ont été recensés depuis longtemps (Pyramide de Maslow) Satisfaire sans limite des besoins limités innovation Qu est-ce qu une «innovation»? C est l apparition d une approche nouvelle dans un domaine déterminé. Le but étant de fournir des technologies/services/produits objectivement nouveaux ou améliorés. L'innovation est à la conjonction du monde de l'usage du marché, Définition : de la technologie/service/produit de l'organisation et de l'entreprise. L'innovation est une démarche structurée autour d'un processus et qui doit répondre de manière créative à un besoin identifié en créant de la valeur et en s'assurant de son appropriation par ses destinataires. L innovation en entreprise peut concerner un changement dans des: Produits, services, procédés et processus de production, organisation interne et externe Démarche de conception La démarche de conception est un processus itératif de plusieurs étapes. Planification, avant-projet, Conception préliminaire, Conception détaillée (CAO), Maquettage et prototypage. ENP /G.I /2 Année / Chap I : Chaîne Numérique de Conception Planification, avant projet: Objectif : Analyser, connaître et comprendre les besoins des clients cibles Planifier le projet et définir ces orientations et objectifs Les informations suivantes doivent être disponibles : 1. A quoi ressemblera et que fera le futur produit? 2. Qui sont les clients et les utilisateurs cibles? 3. Quelle valeur ajoutée apporte le produit? 4. Pourquoi est-il avantageux de développer ce produit? Il faut aussi valider certains points indispensables: Le marché La propriété industrielle Les capacités de financement Conception préliminaire Objectifs : Définir le problème à résoudre La faisabilité technique Les compétences disponibles.etc. Repenser le besoin puis identifier les fonctions du produit Trouver les solutions de conception, pour satisfaire le besoin Elaborer le concept et établir le cahier des charges fonctionnel Conception détaillée Objectifs : Conceptualiser la solution (Modèle CA0) Identifier la structure du produit, des composants et des matériaux ENP /G.I /2 Année / Chap I : Chaîne Numérique de Conception 1.0.4

3 Maquettage et prototype Objectifs : Matérialiser le produit (Prototypage) Tester, analyser et valider la solution retenue Vérifier que le produit respecte les spécifications Amélioration continue Objectifs du cours Avoir une vue globale et synthétique des principales étapes de la démarche de conception d un produit, Connaître les bases de l échange de données dans une chaîne numérique de conception, Connaître les différents procédés de prototypage rapide /fabrication, Mettre en évidence l intérêt du prototypage rapide dans la chaîne numérique de conception comme outil de prise de décision. identifier les points forts et points faibles du projet (organisation, résultats, collecte des données, ) en vue d améliorer continuellement la démarche Vérifier les résultats par rapport aux objectifs, aux spécifications Effectuer et analyser les feedback des clients. Récapitulation : La méthodologie est la même quel que soit l'objet) : 1. Création d'un modèle de l'objet 2. Analyses, simulations, essais, 3. Élaboration de prototypes, 4. Modifications selon les contraintes, 5. Réalisation. * ENP /G.I /2 Année / Chap I : Chaîne Numérique de Conception ENP /G.I /2 Année / Chap I : Chaîne Numérique de Conception 1.0.6

4 . Ecole Nationale Polytechnique Département Génie Industriel CAO et Prototypage Rapide Chaîne Numérique de Conception Analyse des coûts/valeur Estimer le coût d'un projet c'est définir rapidement le coût prévisionnel L estimation est un travail long et fastidieux qui nécessite beaucoup d informations Méthodes d estimation : De la conception, à la réalisation Développement de produits Toute entreprise se crée sur l'idée d'un produit (un bien ou un service). Le cycle de vie d un produit regroupe l ensemble des activités associées à un produit, ou à un service, depuis la phase d étude jusqu à la commercialisation. De l idée au projet La gestion de la vie d'un produit : P.L.M (Product Lifecycle Management) Etude de faisabilité technique, économique et temporelle du projet Analyse, évaluation et gestion les risques du projet Calcul des coûts : Investissement, financement, rentabilité du projet Lancement de la réalisation Etudes Le coût et la qualité d'un produit sont très largement déterminés par des décisions prises au stade de la conception. Plus le projet avance, plus les modifications nécessaires pour diminuer le coût sont importantes. Problématiques du développement de produits Produits de qualité conformes au cahier des charges du client. Maîtrise des coûts et des délais de production Les potentialités d'optimisation sont grandes en phase de conception Il est donc essentiel de maîtriser le paramètre coût, le plus tôt possible dans le cycle de vie d un produit ou d un projet. Utilisation systématique de simulations et d optimisations. NB. La Qualité n'est pas un vraiment un objectif mais plutôt un moyen. Problématique : Comment minimiser les coûts d un projet de fabrication? ENP /G.I /2 Année / Chap I : Chaîne Numérique de Conception ENP /G.I /2 Année / Chap I : Chaîne Numérique de Conception 1.0.8

5 Chaîne numérique de conception Les informations exploitées et émises au cours des différentes phases sont majoritairement numériques. Ces informations sont générées, enrichies et transformées au fur et à mesure des activités de conception et fabrication Les différentes étapes qui composent la réalisation d un produit depuis la conception jusqu à la fabrication, dans un environnement numérique, s appelle la «chaîne numérique conception» (CNC). Les différents modèles Modèle CAO (maquette nominale de définition): modélise la pièce par des éléments et des entités géométriquement parfaites. Modèle FAO (Maquette nominale spécifiée): maquette nominale intégrant les tolérances dimensionnelles et géométriques La chaîne numérique repose largement sur l exploitation de la maquette numérique. La maquette numérique tend de plus en plus à se substituer à la maquette physique au travers de la simulation numérique en conception Les phases de la chaîne numérique Phase de conception du produit (Logiciel de CAO) Phase de conception des processus de fabrication et choix détaillé des moyens de production (Logiciel de FAO) Phase de configuration, commande et mise en œuvre des moyens de production (Prototypage sur MOCN : Machines-Outils à Commande Numériques) Phase de contrôle sur MMT (Machine à Mesurer Tridimensionnelle) ou autre moyen adapté aux spécifications attendues. La phase CAO La Définition Numérique DFN) du produit est issue du logiciel CAO La DFN correspond à la géométrie nominale du produit. Les spécifications, définies par le concepteur, visent le respect des fonctionnalités du produit, La phase FAO Dans la FAO, la problématique est de générer les parcours d outil pour Machines-Outils à Commande Numériques (MOCN) Données d entrée : o Spécifications du produit o Stratégies d'usinage à mettre en œuvre o Données technologiques BD d entités de fabrication, ENP /G.I /2 Année / Chap I : Chaîne Numérique de Conception ENP /G.I /2 Année / Chap I : Chaîne Numérique de Conception

6 Le traitement par un logiciel de FAO permet o d extraire les éléments qui définissent les trajectoires de coupe o de déterminer les éléments du processus de fabrication La traduction de ces informations issues du traitement de FAO dans un langage spécifique au Directeur de Commande Numérique DCN de chacun des moyens de production est confiée au post-processeur. Le résultat de cette traduction constitue un programme-machine. La phase de contrôle Un produit issu d un procédé de fabrication, ne fait que s approcher de la forme et des dimensions théoriques prévues par la conception. Pour un contrôle de qualité, apprécier les écarts La vérification des éléments géométriques se fait à l aide de MMT Représentation de l image approchée échantillonnage de points relevés par des instruments de mesure. Le traitement du nuage de points de l image du produit réel, conduit au modèle géométrique associé. Lors du contrôle il faut associer deux modèles pour les comparer o Le modèle spécifié (issu de la maquette CFAO, domaine de la pièce) o Le modèle associé mesuré, image du produit réel Le modèle associé est superposé au modèle spécifié pour déterminer les écarts en vue de qualifier, ou non, le produit. Evolution des technologies de conception L activité de conception est un processus complexe de création. La chaîne numérique passage de l abstrait (modèle numérique du produit) au concret, le produit final. Evolutions de la CNC : Dessin industriel 2D, Modeleurs 3D, Simulations de phénomènes physiques, Simulation des lois optiques, réalité virtuelle ENP /G.I /2 Année / Chap I : Chaîne Numérique de Conception ENP /G.I /2 Année / Chap I : Chaîne Numérique de Conception

7 CARV : Conception assistée par la réalité virtuelle Ecole Nationale Polytechnique CAO et Prototypage Rapide. CFAO : L'utilisateur des simulations est seulement spectateur. CARV : Simulation interactive, les utilisateurs peuvent évaluer le futur produit, CARV : Analyse, teste et validation des critères subjectifs humains. prototypage virtuel : Représentation des concepts du futur produit Le prototype virtuel peut être «imprimé en 3D» par une machine de prototypage rapide ou testé par de futurs utilisateurs grâce à l immersion en réalité virtuelle CAO : Simuler le comportement mécanique du futur produit. FAO : Industrialiser et fabriquer le produit final. ENP /G.I /2 Année / Chap I : Chaîne Numérique de Conception ENP /G.I /2 Année / Chap I : Chaîne Numérique de Conception

8 Annexe Problématique : Ecole Nationale Polytechnique CAO et Prototypage Rapide Approches et méthodes de résolution de problème et d amélioration de la qualité Comment transformer les idées en produits ou en services afin de répondre aux besoins des clients et prendre en compte tous les impératifs à respecter (coûts, délais, qualité, ). Techniques de conception de produits ou services Analyse de la Valeur : Recherche du meilleur rapport "qualité/coût"augmenter la valeur Ssatisfaction du client et compétitivité. CCO : Conception à Coût Objectif : Conduire des projets en respectant un plafond de coût et de temps prédéterminé. Compétitivité/maîtrise La méthode Delphi : Résolution de problèmes grâce à l interrogation d experts en vue d une aide à la prise de décision. Le benchmarking : Comparer différentes techniques et modes d'organisation. Retenir le meilleur processus pour l adapter aux besoins de son entreprise. TRIZ : Théorie de résolution de problèmes innovants : Nouvelle approche pour résoudre tout type de problème spécifiquement technique. Techniques de résolution de problème La technique des 5 Pourquoi :Rechercher des causes possibles d'une situation Le QQOQCCP : Quoi, Qui, Où, Quand, Comment, Combien, Pourquoi Le diagramme Ishikawa permet d'identifier les origines d'un problème. Il donne une vision globale des causes génératrices. Les 5 M : Adresser le problème à un des domaines suivant : Milieu,Maind œuvre, Matières, Matériel, Méthodes Approches et méthodes d amélioration de la qualité Cycle PDCA (la roue de Deming) PLAN=Planifier, DO=Faire, CHECK=Vérifier, (re)act=réagir, corriger ( Les Cinq Zéros: On définit souvent la qualité par les cinq zéros : Zéro défaut, Zéro papier, Zéro panne, Zéro stock, Zéro délai Les 5 S : ORDRE Cinq opérations de base indispensables pour rationaliser les tâches. : Ordonner, Ranger, Dépoussiérer, Rendre évident, Etre rigoureux Approche Kaizen : «changement bon» Une philosophie et une méthodologie d amélioration continue,, graduelle et participative. Méthodologie Lean : Méthode de management pour accroître la valeur pour le client et contribuer à l amélioration de la productivité, la fluidité et les performances de l entreprise. La méthode Six Sigma Méthode pour l élimination systématique de toutes les sources de non qualité (Diminuer la variabilité des processus ) Le Lean Six Sigma : Fusion des deux concepts qui relient les notions de productivité, fluidité (le LEAN) et la qualité (le SIX SIGMA). Le travail collaboratif, moteur de l'innovation. ENP /G.I /2 Année Annexe : Résolution de problème/qualité A.1 ENP /G.I /2 Année Annexe : Résolution de problème/qualité A.2