On n’est jamais trop informé : les cinq idées reçues les plus tenaces sur la simulation informatique

Par Subi Shah
- 12 Avr 2016 - 7 min De Lecture
Image Composite: Brandon Au

Grâce aux logiciels de simulation, les ingénieurs peuvent étudier les efforts que subiront leurs produits sans effectuer d’essais physiques réels. Vous allez me dire « Que de temps gagné ! » (vrai.). « Et quelle aubaine ! » (vrai aussi.)

Alors pour quelles raisons de si nombreux concepteurs choisissent-ils de ne pas utiliser la simulation pour mettre au point leurs produits ? Pendant longtemps, cette technique a été jugée trop onéreuse ou trop difficile à utiliser, ou la phase de maturité était trop avancée pour remanier le produit. (D’ailleurs, aucun produit n’est trop mature pour être repensé.) Souvent, la finalité de cet outil se limite à prévoir les défaillances, alors que son potentiel est beaucoup plus vaste. Il est grand temps de briser les mythes qui ternissent ce secteur méconnu.

Idée reçue no1 : certains produits sont trop simples pour nécessiter une simulation

Si les essais physiques ne posent pas de difficultés, la simulation ne sert à rien, n’est-ce pas ? Bien au contraire. Si on considère la puissance de la conception générative, on peut dès à présent affirmer que les prédictions des ordinateurs dépassent les capacités du cerveau humain.

top 5 des idées reçues sur la simulation

Il s’avère que la simulation peut révéler des défauts indétectables avec des essais physiques. « En effectuant des essais physiques, on risque d’altérer les résultats », explique Pier-Olivier Duval, à la tête de l’équipe de simulation numérique Creaform, un groupe d’ingénieurs-conseils qui élabore et fabrique aussi des appareils de mesure tridimensionnelle. Les essais font parfois appel à des méthodes intrusives qui altèrent la structure ou le milieu du produit, ce qui peut avoir pour effet d’invalider les résultats.

La simulation peut déterminer les efforts qu’un produit subirait au fil du temps et de calculer son coefficient de fatigue. Les ingénieurs peuvent ainsi déterminer s’il faut le modifier pour qu’il dure plus longtemps. La simulation sert également à optimiser certaines pièces pour les rendre plus légères, car même si une pièce fonctionne, sa structure peut être optimisée. Avec la simulation, un ingénieur la simplifie et identifie ce qui n’est pas nécessaire, réduisant ainsi les coûts en matériaux et de temps de fabrication et ainsi, le coût de revient global du produit.

Idée reçue no2 : la phase de maturité du produit est trop avancée pour procéder à la simulation

Les ingénieurs pensent parfois qu’après certaines étapes du processus de conception, il ne sera plus possible de modifier leur projet. Cependant, si des difficultés surviennent, la simulation offre un moyen simple et peu onéreux d’effectuer des modifications. « La simulation permet d’être réactif et de modifier un produit en quelques clics », affirme Gene Paulsen, directeur des analyses structurelles aéronautiques chez Textron Aviation, propriétaire des marques Cessna, Beechcraft et Hawker.

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Creaform assure la conception et la fabrication de scanners portables, tel le Go!SCAN3D illustré ici. Avec l’aimable autorisation de Creaform.

Selon Yuki Michii, ingénieur structures chez L.Garde, fabricant d’objets télescopiques et gonflables pour l’aérospatiale, la simulation doit être effectuée au début du cycle de vie d’un produit. « Il faut prendre les problèmes en amont, autrement, ils reviennent frapper à votre porte à un moment ou à un autre, raconte-t-il. C’est une façon de minimiser les risques. » Pour les produits déjà fabriqués, ou qui se trouvent à un stade avancé de leur cycle de vie, la simulation permet de réduire les risques et les coûts additionnels liés aux essais, tout en réduisant le temps qu’il faut pour identifier les écueils éventuels. « Arrêter la fabrication est très coûteux, mais à long terme, c’est un gain de temps et d’argent », ajoute-t-il.

Idée reçue no3 : la simulation coûte trop cher

En effet, l’achat d’un logiciel de simulation a un coût de départ à prendre en compte, mais il est amorti sur le cycle de vie du produit, par la réduction du coût des matériaux, l’absence de matériel d’essais coûteux (comme une soufflerie) et le besoin limité en essais physiques. « Les coûts sont réduits, car on peut perfectionner le concept avant même de commencer à construire quoi que ce soit », explique Yuki Michii.

« La simulation permet d’économiser beaucoup d’argent, mais elle représente elle-même un coût, ajoute P-O Duval.  Il faut en tenir compte dans le budget prévu, mais les coûts additionnels sont réduits, car vous pouvez explorer votre projet dans les moindres détails, ce qui signifie moins de défaillances imprévues, un comportement plus fiable et une efficacité optimisée. Dans la construction de machines lourdes non standardisées par exemple, il est préférable d’éviter les erreurs, car elles sont gourmandes en matériaux. »

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Textron Aviation produit les avions de la marque Cessna. Avec l’aimable autorisation de Textron Aviation.

Auparavant, la nécessité d’assigner un poste de travail consacré à la seule simulation, avec des ordinateurs de pointe, représentait un autre obstacle. Grâce aux dernières évolutions, la dépense est à présent radicalement réduite : le logiciel est installé sur un ordinateur classique et utilisé sur le Cloud.

Idée reçue no4 : la simulation est trop difficile

Utiliser un logiciel de simulation n’est pas donné à tout le monde, mais est-ce si compliqué ? « Tout repose sur l’identification des conditions limites et sur les scénarios de charge de la structure » assène Yuki Michii. Les conditions limites sont les forces connues auxquelles le produit sera soumis. Elles peuvent être difficiles à déterminer, mais comme toute compétence ou expertise, c’est un savoir-faire qui s’acquiert avec du temps et de la pratique.

On ne peut donc pas y échapper, sauf si une fonctionnalité de simulation est déjà présente dans un programme intégré, comme dans le logiciel Moldflow Design d’Autodesk, qui propose toujours des analyses basées sur des hypothèses de base. Les fonctionnalités de simulation sont incluses dans de nombreux outils tels que Nastran In-CAD et Fusion 360 d’Autodesk, extrêmement populaires grâce aux difficultés potentielles qu’ils épargnent.

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L.Garde a conçu et élaboré le Sunjammer, pour la première mission spatiale de la NASA fonctionnant à l’énergie solaire. Avec l’aimable autorisation de la NASA.

« Si nous n’avions pas les outils de simulation, nous devrions effectuer des essais de mise au point, réputés chronophages, explique Gene Paulsen. Cela nous empêcherait de lancer rapidement de nouveaux produits sur le marché. » Même si une formation est nécessaire, la simulation reste une option économique et rapide, qui évite la construction de prototypes à tester.

Idée reçue no5 : la simulation est utilisée pour prévoir les défaillances

Si vous avez lu ce qui précède, vous savez que c’est une opinion erronée, car il est possible d’utiliser la simulation pour optimiser la conception et pour évaluer rapidement plusieurs options de projet, sans construire de prototype. Elle est également utilisée pour prévoir le comportement d’un objet soumis à des efforts spécifiques, comme c’est le cas dans l’espace par exemple. « Dans l’espace, même des forces minimes peuvent avoir un effet et sur Terre, il est difficile de les modéliser pour procéder à des essais, rappelle Yuki Michii. La seule manière de prévoir le comportement de la structure est d’éliminer la gravité. »

Les essais terrestres de structures destinées à une utilisation dans l’espace sont toujours compliqués, car ces deux milieux sont radicalement différents. « Ce logiciel peut vous aider à prédire la flèche apparaissant sur un élément soumis à une charge, afin de garantir qu’une navette spatiale fonctionnera de manière adéquate », ajoute Gene Paulsen.

La réponse à la question « faut-il utiliser la simulation ? » est donc oui, si on veut gagner du temps et de l’argent tout en produisant des pièces optimales. Pourquoi s’en priver ?

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