Conception.Mécanique.Assistée par Ordinateur. C.M.A.O 1 Éléments de Machines

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1 Département Génie Mécanique Développement L Y O N Conception.Mécanique.Assistée par Ordinateur C.M.A.O 1 Éléments de Machines Lionel Manin G1&3 Adeline Bourdon G3&4 CMAO 1 - Introduction 1/33

2 Livre support du cours Transformation d un poly INSA en livre en 2010 Achat par GMD, prêt longue durée géré par la bibliothèque Prenez en soin!! Achat possible En ligne En groupe via promogmd (réduction auteur 30%).. CMAO 1 - Introduction 2/33

3 Dimensionnement, Règles de conception, métiers, Savoir faire, composants Conception d un système mécanique C.M.A.O Représentation, Conception, Animation, gestion des données, contraintes de fabrication Projet Ingénierie CMAO1 3GMD Cours et TD : Conception - Dimensionnement, Eléments de machines Catia V5, TP: Bases, Part & Assembly Design Projet collectif Projet expertise CMAO2 4GMD Cours et TD : Eléments de machines + intro PDM Catia V5, TD & TP : Métiers, DMU (Space, Kinematics, etc), Analysis,Knowledge, échange de données, standards Projet surfacique Projet de Fin d Etudes CMAO3 5GMD Cours : Courbes et surfaces, SIP, PDM Catia V5, TD, Ateliers surfaciques, FAO, Smarteam-Smartflow CMAO 1 - Introduction 3/33

4 TP Projets en C.M.A.O Architecture, Cinématique, Résistance Fatigue, Respect des Normes Paramétrage/ Intégration gestion de la connaissance TP 4GMD Génération automatique de plans TP 4 GMD Projet de 4 GMD avec le Proto INSA Club Nouvelle coque, Nouveau chassis support CMAO3 Le SGDT Support de TP CMAO 1 - Introduction Projet Collectif Génération automatique de la géométrie d un engrenage roue et vis sans fin dans CATIA V5 - PFE 4/33

5 Conception Mécanique Assistée par Ordinateur Mots et Idées clés Conception Dimensionnement - Éléments de machines Démarche de modélisation et d analyse du comportement Composants Technologiques L outil CAO ne sert pas seulement à la représentation Conception intégrée (dimensionnement, règles, contraintes de fabrication,.) CMAO 1 - Introduction 5/33

6 Cours (13s) Cours / études de cas Interro (semaine 13) TD (10s) Exercices d application TP (5*4h) Modeleur CAO Catia V5, Conception de pièces, Assemblage, Maquette numérique d un produit Évaluation TP (1/4),Interro (1/4) DS (1/2) Organisation de l UV Pré-requis: Mécanique Générale, RDM, Mécanique des solides Dynamique du solide Moodle CMAO 1 - Introduction 6/33

7 Plan du cours Introduction Conception mécanique, contexte et notions de base, (Chapitre 1) Processus de conception, étapes et déroulement, projet La conception des Systèmes Mécaniques, démarche et méthode Liaisons, Résistance des pièces Dimensionnement, Fatigue Résistance Dynamique, (Chapitre 2) Critères de dimensionnement en statique, Fatigue des matériaux, dimensionnement en fatigue Calcul de durée de vie, endommagement cumulatif, théorie de Miner, etc. 1ère approche Mécanique de la rupture Liaisons complètes entre pièces, (Chapitre 3) Emmanchement, frettage, Collage, soudage, rivetage, Liaisons par éléments filetés Les roulements, (Chapitre 5) Différents types de roulements Cinématique, fonctionnement, Processus de choix et calcul Liaisons élastiques Ressorts, (Chapitre 4) Ressorts hélicoïdaux, barres de torsion, etc.. Rondelles coniques, Blocs en élastomère et caoutchouc CMAO 1 - Introduction 7/33

8 Contexte global de la conception mécanique Sous-traitants, Fournisseurs d éléments du Produit Conception et Développement du Produit Management, Gestion de Projet Prototype, Essais, Homologation du Produit Utilisateurs, Clients : Exploitation et Déclassement du Produit CMAO 1 - Introduction 8/33

9 Les grandes étapes de la conception d un produit : projet de conception Processus simplifié du déroulement d un projet de conception I - Usage Projeté du Produit Préparation du Projet DEBUT PROJET Initialisation de la réponse de la réalisation Une volonté stratégique du Projet Idée de Produit Préparation au client Réponse Appel d offre Préparation pour le client État conceptuel du Produit II - Description virtuelle du Produit III - Description réelle du Produit 2 Architecture Produit 3 Développement et Définition du Produit 4 Fabrication du Prototype, Essais 5 Homologation du Produit 6 Conclusion du Projet 7 État conceptuel du Produit Choix d une solution d architecture de Produit État spécifié du Produit État testé et validé du Produit Prototype État homologué du Produit Fin du projet CMAO 1 - Introduction 9/33

10 Gestion de projet PM Les grandes étapes de la conception d un produit : gestion de projet et de données Une demande du client Projet T1 : Spécification T2 : Définition détaillée Livrable 1 Livrable 2 Temps Jalon 1 Produit Dossier de spécification livrable 1 Gestion des Données Techniques Lancé Document de spécification Validé Dossier de définition livrable 2 Lancé Validé PLM Initialisation En cours En revue Validé Document de définition Initialisation En cours En revue Validé CMAO 1 - Introduction 10/33

11 La conception mécanique dans la conception de produit, cycle en V Process Project Definition [PPD] Process Official Approval of Product [POAP] CONCEPTION INTEGRATION Analyse de la demande Client, Réponse à l appel d offre, Proposition du Cahier des Charges Préparation du projet (Plan Directeur, Cahier des Charges Fonctionnel, ) Process Project Preparing [PPP] Process Product Design Basic and Detailed [PDBD] Conception détaillée (Dossier conception Produit) Mécanique Électronique, Hydraulique, Informatique.. Process Tests and Product Assembly [PTPA] CMAO 1 - Introduction 11/33

12 15% Main Main d oeuvre d œuvre 5% Conception Conception de produit, aspects économiques 50% Matériaux et et moyens Moyens 30% Frais généraux Par contre, les décisions prises au cours de la conception conditionnent largement les autres coûts, 5% 5% Main Frais Frais d oeuvre d œuvre généraux 20% Matériaux Matériaux et et moyens Moyens 70% Conception 100 Coûts engagés 95% 80% Par contre, les décisions sont toujours prises très tôt. 70% Dépenses réelles Economies Economies possibles possibles 0 Conception Définition des études spécifications Etudes Conception Dévelop- - -pement - pement du Produit Prototype Fabrication pré-série de Masse série Production Opérations Service service Après après-vente Phases Phases du projet d évolution d un produit CMAO 1 - Introduction 12/33

13 Méthodologie de conception: conception intégrée INGENIERIE - Echelles, - Modélisation, - Matériaux, - Calculs, -. CONCEPTION INTEGREE TECHNOLOGIES - Différentes technologies, - Parties standards, - Etats de développement, - Risques, qualité, - Coûts,. -. CONTEXTE - Profil de mission, - Législation environnementale, - Condition de calendrier, - Logistique et conditionnement, - Pression commerciale, -. CMAO 1 - Introduction 13/33

14 Méthodologie de conception: un processus itératif PROPOSITION Architecture, Géométrie détaillée EVALUATION du Comportement DECISION pour une Solution Choix de la Géométrie PROPOSITION EVALUATIO N DECISION Choix du matériau Calculs PROPOSITION EVALUATION DECISION PROPOSITION EVALUATION DECISION CMAO 1 - Introduction 14/33

15 Méthodologie de conception: structuration, description, représentation ω 2 Sortie ω 2, C 2 Commande Transmetteur Entrée ω 1, C 1 ω 1 CMAO 1 - Introduction 15/33

16 Méthodologie de conception: structuration structure organique Composé Attributs du Lien Lien de composition Type : composition Quantité : Validité : etc. Comp t 1 Composant Composant Part 1 Comp t 2 Part 2 CMAO 1 - Introduction 16/33

17 Méthodologie de conception: structuration plusieurs niveaux Niveau I Bloc E Bloc D Bloc C (Ensemble mobile) Niveau II Bloc A Niveau II Bloc B (Ensemble de pièces) Niveau II Bloc A = pièces Bloc B = pièces Niveaux III et IV Pièces et Fournitures Niveaux III et IV Pièces et Fournitures Niveaux III et IV Pièces et Fournitures CMAO 1 - Introduction 17/33

18 Méthodologie de conception: structuration description - documentation Spécification Matériau Dossier Technique CAD/CAE Part 1 Comp t 1 Comp t 2 Dossier Technique Spécification Matériau CAO Part 2 Document Publié Description Spécification Coût Document Fabrication Fichier Commande Numérique CMAO 1 - Introduction 18/33

19 Méthodologie de conception: Échelle géométrique et niveaux d observation Grande Echelle Système mécanique Echelle intermédiaire 1 Sous-Système Echelle intermédiaire 2 Petite Echelle 1 Petite Echelle 2 Micro Echelle Sous-Système Composants Liens mécaniques Micro Géométrie ARBR Ra = RMS= R T = S K = W t = 0.95 CMAO 1 - Introduction 19/33

20 Méthodologie de conception: Échelle géométrique et niveaux d observation m mm µmm De 1 à Sytèmes Systèmes Mécaniques Composants Liaisons Mécaniques, Contacts Modèle global Modèles intermédiaires Modèles locaux Modèles locaux 10-6 Modèles locaux Modèles Intermédiaires CMAO 1 - Introduction 20/33

21 Méthodologie de conception: différentes représentation->différentes utilisations A partir d un enrichissement schéma modèle géométrique détaillé CMAO 1 - Introduction 21/33

22 Évaluation du comportement du système: définition des efforts Mise en place de modèles de calcul --> dimensionnement du produit à concevoir Modèles significatifs et représentatifs: Modèles locaux Modèles globaux Modèles déterministes et/ou probabilistes CMAO 1 - Introduction 22/33

23 Évaluation du comportement du système: définition des efforts Mission I Mesure en A, B, C, D, Mission II σ σ 1 σ 2 σ 3 Mesure en A, B, C, D, 0 n 1 n 2 n 3 N CMAO 1 - Introduction 23/33

24 Évaluation du comportement du système: maquette numérique maquette physique Sortie Produit nouveau Certification Essais Maquette physique Revue Projet Conception Produit Entrée Specifications techniques Maquette Numérique Calculs Produit existant Validation de modèle Règles de modélisation pour la conception Outil de modélisation CMAO 1 - Introduction 24/33

25 Étapes de la Conception de Produit Cinq étapes principales 1. Étape Conceptuelle Usage projeté (idée de produit), Cahier des Charges Préliminaire (CdCP) 2. Étude préliminaire, Avant Projet, Pré-étude Faisabilité technique, financière, calendaire, évaluation des risques Analyse Fonctionnelle, Analyse de la valeur Revue Préliminaire de Définition --> Cahier des Charges Fonctionnel 3. Étude de détail Définition de toutes les pièces et composants du produit dans le respect du CdCF. Essais, Prototypes. Revue Critique de Définition 4. Réalisation - Industrialisation Matière première, Fabrication, Outillage, Assemblage, Mise au point, Homologation, documentation 5. Commercialisation, Exploitation, Déclassement, Recyclage CMAO 1 - Introduction 25/33

26 Étapes de la Conception de Produit État de l art Besoin identifié Phase initiale Définition du besoin: -Faisabilité -Spécification des tâches Projet -Études détaillées -Essais prototype -Rapports, plans Développement Étude approfondie de la solution choisie Phase créative Conceptualisation: -Analyse fonctionnelle -Exigences / contraintes -Synthèse préliminaire Production -Études process, méthodes -Assurance qualité -Fabrication, assemblage, -contrôles Industrialisation Fabrication de la solution choisie Pré développement Avant-projet -Optimisation (analyse val., ) -Synthèses (cdcf) -Spécifications du produit Conditionnement, stockage, transport Distribution, Mise en service logistique vente Utilisation, Maintenance Après vente Fin de vie, Destruction, Recyclage CMAO 1 - Introduction 26/33

27 Étape Conceptuelle Cahier des Charges Préliminaire Objectif : orienter les travaux d Avant Projet ou de pré-étude (Étape 2) qui permettront ensuite d établir la spécification détaillée (Dossier Technique, Étape 3). QUOI POURQUOI QUI QUAND COMMENT COMBIEN nature du projet, objectif que doit concrétiser le produit, application, définir les différents acteurs : l équipe, l animateur de l équipe, le client potentiel, les intervenants extérieurs, fixer des dates clés (comme objectif) : 1 er montage, 1 er essai, Planifier les différente étapes par chronologie, définir les moyens, l organisation en place, les moyens d étude, de réalisation, d essais, quantification : du travail à réaliser (en heures), du budget nécessaire pour chaque étape, des moyens humains nécessaire pour chaque étape, CMAO 1 - Introduction 27/33

28 Étude Préliminaire, Avant-projet Objectif : Définir les besoins techniques du produit et de ses composants pour répondre au Cahier des Charges Préliminaire. Principe : Étude de toutes les solutions plausibles Les solutions retenues sont celles qui répondent le mieux au Cahier des Charges Préliminaire, Pour chaque solution sélectionnée, les informations suivantes: masse et performances du produit, composant par composant, coût en heure de travail et coût d achat approximatif, délais associés. Choix d une solution Revue Préliminaire de Définition, analyse critique des solutions, Si validation d une solution, rédaction du Cahier des Charges Fonctionnel qui servira de référence lors de la Conception / Réalisation du produit CMAO 1 - Introduction 28/33

29 Étude Préliminaire, Avant-projet Choix de la solution optimale Définition d un critère d optimalité de la solution i, P i = Σ Rij. Wj Wj = importance relative des critères d appréciation Sj, poids Rij = Pondération de l importance des Sj, sur une échelle donnée. Exemple : ramasse feuille Spécifications Ai Alternatives 1 Coll. mécanique 2 Aspirateur Wj Sj 3 Décomp. chim. à sec 4 Décomp. chim. liqu. 5 Chim. + coll déchets 6 Incinérateur port. Utilisation de pièces standarts Sécurité Simplicité et maintenance Durée de vie Acceptation par le public 0,08 0,12 0,10 0,10 0,18 0,20 0,03 0,04 0, ,24 0,72 0,6 10 1,2 6 0,4 0, ,64 1,2 0,48 0, ,96 0,48 0,2 10 1, ,7 0,9 0,3 0, ,4 0,8 0,7 0,8 0,2 0, ,62 1,08 1,44 1,62 Fiabilité ,2 1,4 1,2 1,4 1,08 0,8 10 0,9 2,0 Coût au développement 0, , ,09 0,06 0,06 0,09 Coût à l achat 0, , ,16 0,32 0,08 0,16 Performance ,45 1,24 0,75 1,24 0,90 1,35 Somme Σ 1 4,78 8,14 6,16 8,18 4,86 6,78 CMAO 1 - Introduction 29/33

30 Étude, Définition de détail Objectif : Définir tout le système constitué par la solution retenue, en respectant scrupuleusement les spécifications techniques du Cahier des Charges Fonctionnel (Specification Sheet) Principe : Optimiser : calculs, modèles numériques, évaluation des performances d utilisation, Maquettes Numériques CAO, calculs de résistance, masse etc., Mise en place un Système de Gestion de Données Techniques et/ou Système d Informations Produit (SGDT, SIP, Product Data Management PDM, Virtual Product Data Management VPDM) référencement des pièces, traçabilité des évolutions de définition, etc CMAO 1 - Introduction 30/33

31 Déroulement du processus de Conception Organisation: Équipe projet Gestion du projet Décomposition en tâches : Structure générale du programme, Sous-programmes, Tâches élémentaires, Gestion du temps : Calendrier, Durée des tâches, Gestion des ressources : Disponibilités, Spécialités, Attribution des tâches. CMAO 1 - Introduction 31/33

32 La Conception Mécanique des Systèmes Mécaniques Concevoir un système mécanique c est : - définir la géométrie, le ou les matériaux et c'est prévoir le comportement au plus proche de la réalité. - implémenter, concrétiser une solution à partir d'un cahier des charges et d'un contexte de réalisation - obtenir une maquette numérique décrivant totalement son comportement Définition de la géométrie (architecture) système isolé dans un repère de définition formes et dimensions (les données, les inconnues éventuelles) Évaluation du comportement Choix d une solution CMAO 1 - Introduction 32/33

33 La Conception Mécanique des Systèmes Mécaniques Évaluation de comportement depuis la maquette virtuelle (numérique) CMAO 1 - Introduction 33/33

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