Introduction à l’Ingénierie Assistée par Ordinateur (IAO)

L’Ingénierie Assistée par Ordinateur ou IAO est un ensemble de techniques d’ingénierie qui reposent sur l’utilisation de logiciels de simulation pour résoudre des problèmes complexes. Elle peuvent permettre de concevoir, d’optimiser des produits et de planifier leur développement de manière numérique, avant même la fabrication d’un premier prototype physique. L’évolution rapide qu’a connu le secteur informatique, au cours de ces deux dernières décennies a entrainé avec lui les techniques d’Ingénierie Assistée par Ordinateur basées sur des machines de plus e plus performantes. Devenue incontournable, cette technologie a ouvert la voie à des possibilités jusque là insoupçonnées, dans de nombreux domaines.

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Les Différents Techniques de L’Ingénierie Assistée par Ordinateur (IAO)

L’Ingénierie Assistée par Ordinateur a révolutionné le secteur de l’ingénierie tel qu’on la connaissait, en apportant des possibilités aussi nouvelles que nombreuses. Elle a transformé en profondeur la manière dont les ingénieurs et les entreprises conçoivent, testent et fabriquent leurs produits. À chaque étape du développement d’un produit, cette approche plus moderne garantit une meilleure optimisation des processus. Découvrons ensemble dans cet article, les différentes techniques employées en IAO et comment chacune d’elles apporte une valeur ajoutée aux processus traditionnels.

1. Conception Assistée par Ordinateur (CAO/CAD)

Si une seule technique devait définir l’Ingénierie Assistée par Ordinateur, ce serait certainement la Conception Assistée par Ordinateur (CAO) ou CAD pour Computer-Aided Design, plus largement utilisé.
L’une des avancées majeures dans ce domaine réside dans la capacité à reproduire numériquement un produit ou tout phénomène physique, existant ou non. Que ce soit en deux dimensions (2D) ou en trois dimensions (3D), la CAO permet aux ingénieurs de développer et de créer des modèles numériques d’une précision et d’un détail remarquables, allant des objets de consommation courante aux pièces de machines industrielles qui exigent un niveau de sécurité optimal.

Comme son nom l’indique, la technologie de l’Ingénierie Assistée par Ordinateur repose sur l’emploi d’ordinateurs certes, mais d’ordinateurs à haute performance et de logiciels spécialisés tels que SolidWorks et AutoCAD. Elle offre aux experts une multitude de fonctionnalités pour visualiser numériquement des projets, concevoir les produits, réduire les risques d’erreurs liés à l’humain pour au final améliorer la précision. Grâce à ces techniques, les entreprises peuvent désormais accélérer leur cycle de développement tout en maîtrisant mieux leurs coûts.

Si vous souhaitez être guidé sur la pertinence d’opter pour une technique d’Ingénierie Assistée par Ordinateur pour l’un de vos projets, nous vous invitons à réserver une consultation gratuite et sans engagement avec nos experts. Cette démarche rendra probablement votre processus de prise de décision plus simple.

2. Analyse par éléments finis (FEA)

L’analyse par éléments finis est une technique largement utilisée par les ingénieurs dans l’ingénierie moderne. Elle s’appuie sur la Méthode des Eléments Finis (FEM) et permet de résoudre des problèmes ou équations complexes en les décomposant en une série de problèmes plus simples à solutionner.

Grâce à cette méthode, il devient théoriquement possible de simuler numériquement n’importe quel phénomène naturel, en tenant compte du maximum de paramètres.

Cette simulation est rendue possible par des logiciels (tels que SolidWorks ou ANSYS) qui peuvent reproduire tout ou partie d’un système afin d’étudier son comportement lorsqu’il est soumis à des conditions spécifiques. Cela peut aller de la structure d’un bâtiment ou d’un pont, dont les points faibles doivent être identifiés, à l’étude de la distribution de la chaleur au sein d’équipements industriels.

En somme, l’Analyse par Eléments Finis permet aux spécialistes en Ingénierie Assistée par Ordinateur, de reproduire et d’étudier les effets isolés ou combinés de facteurs externes sur un produit donné. Elle contribue à améliorer les performances de ces produits tout en réduisant le nombre de prototypes nécessaires au cours du processus de développement.

3. Dynamique des fluides numérique (CFD)

La Dynamique des Fluides Numérique (CFD) est une branche de la mécanique des fluides. Elle utilise des équations mathématiques pour analyser le mouvement des fluides (liquides ou gaz) et leurs interactions avec les éléments de leur environnement. Bien que la CFD et la méthode des éléments finis (FEM) soient deux approches distinctes, elles peuvent être complémentaires.

La CFD regroupe un ensemble de processus informatisés visant à reproduire numériquement le comportement des fluides. Elle est réalisée par des ingénieurs à l’aide de logiciels spécialisés en CFD tels que SolidWorks, ANSYS, SimScale, AutoDesk, etc.

Ces outils permettent de créer des modèles 3D afin de simuler des conditions réelles. Cela peut inclure l’analyse de l’écoulement de l’air autour d’une voiture à grande vitesse, le mouvement de l’eau à l’intérieur d’une conduite, ou encore le transfert de chaleur dans un équipement industriel.

4. La Dynamique Multi-Corps (MBD)

La quatrième méthode utilisée est la Dynamique des Systèmes Multi-Corps (MBD). Contrairement aux méthodes précédentes qui se concentrent sur un corps solide isolé ou un corps en contact avec un fluide, la MBD quant à elle permet aux ingénieurs de simuler les mouvements et interactions au sein d’un système composé de plusieurs corps solides. Ces corps peuvent être rigides ou flexibles, et interagir entre eux ou avec un fluide dans leur environnement immédiat.

Ces différents corps peuvent être reliés par des éléments tels que:

• Articulations
• Paliers
• Engrenages
• Ressorts
• Amortisseurs, etc.

Ces connexions peuvent être modélisées et leurs interactions identifiées. Selon la situation, cela peut inclure de simple contacts, des frictions, des effets d’inertie, etc., qui définissent globalement les mouvements dans le système.

Il est primordial de considéder les interactions internes certes, mais également les effets des forces externes telles que :

• La gravité
• Les forces d’entrée (comme celles générées par un moteur)
• Les forces électromagnétiques, etc.

De façon générale, plus vous tiendrez compte de chaque facteur influençant ledit système, plus les résultats de votre simulation seront précis et fiables.

5. L’Analyse Thermique

L’analyse thermique quant à elle permet de comprendre et de prédire le comportement d’un objet lorsqu’il est soumis à un changement de température.

Sous l’effet de contraintes thermiques, les composants d’un système peuvent surchauffer et/ou voir leur volume changer en raison de l’expansion ou de la contraction.

Les équipements industriels, les avions ou encore les voitures, par exemple, sont composés de milliers de pièces qui fonctionnent chacune prise séparément, mais surtout en harmonie pour maintenir l’ensemble. En modifiant les propriétés de chaque composant, la chaleur générée lors du fonctionnement, peut potentiellement provoquer des instabilités qui mèneront à une défallance du système entier.

L’objectif de l’Analyse Thermique est précisement de prévenir toute défaillance future d’un produit soumis à de telles conditions extrêmes. Pour ce faire, les experts effectuent des tests sur des modèles numériques, réalisés grâce à l’Ingénierie Assistée par Ordinateur, afin de prédire leur résistance, et faire les ajustements idoines.

L’étude du transfert de chaleur dans un corps est couramment utilisée. Elle met en évidence le mouvement de la chaleur induit par un gradient de température. Trois méthodes principales sont souvent utilisées : la conduction, la convection et le rayonnement (transfert thermique):

• La conduction: mouvement de chaleur à l’intérieur d’un objet solide.
• La convection: perte ou gain de chaleur par un objet solide en contact avec un fluide tel que de l’eau, de l’air ou tout autre liquide ou gaz.
• Le rayonnement: perte ou gain de chaleur sans qu’un fluide entoure l’objet concerné.

Cette analyse permet de garantir que les produits fonctionnent de manière optimale, même dans des conditions thermiques extrêmes.

Avantages de l’Ingénierie Assistée par Ordinateur (IAO)

Les techniques d’Ingénierie Assistée par Ordinateur ont connu une évolution fulgurante ces dernières années. Cela s’explique, d’une part, par le développement continu d’ordinateurs hautes performances capables de résoudre des équations complexes. D’autre part, la polyvalence des principes de l’IAO permet de les adapter à une diversité de domaines.

Qu’il s’agisse de secteurs portés par l’innovation, comme l’automobile et l’aéronautique, ou encore l’énergie et les applications biomédicales, les avantages sont nombreux. Voici une liste non exhaustive :

• Réduction du temps et des coûts de développement des produits
• Une plus grande propension à innover (Recherche et Développement)
• Amélioration des performances des produits
• Réduction de l’impact environnemental, etc.

1. Réduction du temps et des coûts de développement des produits

Les produits ou composants destinés à un usage technique doivent atteindre un équilibre parfait entre le respect des normes et standards, d’une part, et l’ergonomie, d’autre part. Concrètement, cela se traduit par des périodes de développement prolongées, comportant de nombreuses phases de tests.

Chaque phase nécessite la fabrication d’un ou plusieurs prototypes physiques, engendrant des contraintes financières significatives. Heureusement, cela a changé avec l’avènement de l’Ingénierie Assistée par Ordinateur. Grâce au développement de nouveaux processus, l’ingénierie moderne permet désormais de simuler la majorité des phases de test à l’aide de logiciels adaptés.

D’une part, le nombre de prototypes physiques peut être réduit au strict minimum. D’autre part, cela permet de concevoir des produits optimaux dès les premières phases de développement.

Ainsi, les contraintes financières qui, auparavant, limitaient l’accès au développement de produits à un petit nombre d’entreprises, sont aujourd’hui largement atténuées.

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2. Plus Grande Propension à Innover (Recherche et Développement)

Indépendamment du secteur d’activité, deux facteurs clés sont essentiels pour stimuler l’innovation : un temps de développement significatif et des ressources financières suffisantes.

Aussi prometteuses soient-elles, les idées innovantes restent de simples concepts tant qu’elles n’ont pas été validées. Cela implique plusieurs phases de tests, incluant la production de prototypes initiaux. Pour les grandes entreprises disposant de ressources abondantes, ces étapes peuvent sembler n’être qu’une formalité. Pour les petites structures, en revanche, elles peuvent constituer un véritable obstacle. C’est là que l’utilisation de l’Ingénierie Assistée par Ordinateur (IAO) prend tout son sens.

Les contraintes financières et les délais de développement sont réduits grâce à la simulation numérique des phases de test. Cette approche permet à toute entreprise, même avec des ressources limitées, d’explorer des idées innovantes en toute simplicité.

3. Efficacité Produit Supérieure

Autrefois, les ingénieurs s’appuyaient sur des calculs mathématiques complexes et des prototypes physiques pour concevoir et tester leurs produits, au risque de devoir gérer des erreurs coûteuses par la suite.

Avec l’avènement de l’Ingénierie Assistée par Ordinateur, il est désormais possible de simuler rapidement une multitude de concepts. Dans une approche traditionnelle, chacun de ces concepts aurait nécessité la fabrication d’un prototype, ce qui illustre clairement la valeur ajoutée qu’offre cette technologie.

Les erreurs ou défauts de conception, autrefois considérés comme des risques à gérer, deviennent aujourd’hui faciles à corriger, à l’instar d’un banal bug informatique, même si le terme est ici un peu exagéré!

Plutôt qu’une contrainte, chaque erreur identifiée durant la phase de simulation représente une opportunité d’amélioration des performances du produit final tout en réduisant des risques futurs.

Dans le secteur aéronautique, par exemple, le développement d’avions ultra performants comme le Boeing 787 a largement tiré parti des avantages offerts par la simulation en dynamique des fluides, une des branches de l’Ingénierie Assistée par Ordinateur.

4. Réduction de l’Impact Environnemental

Cette section pourrait presque être résumée en une phrase: l’Ingénierie Assistée par Ordinateur (IAO) assure une meilleure gestion des ressources disponibles et la possibilité de concevoir des équipements plus respectueux de l’environnement.

En pratique, cela se traduit par :

• La réduction du nombre de prototypes physiques à concevoir, ce qui signifie non seulement une réduction des ressources consommées mais également des déchets rejetés.
• La conception d’équipements consommant beaucoup moins d’énergie, grâce aux simulations.
• L’optimisation de la durée de vie des produits, afin d’éviter les remplacements de pièces à l’avenir, qui augmenterait l’empreinte écologique.
• Un produit optimisé pour un meilleur recyclage, grâce à un choix de matériaux réfléchi en amont.
• Des innovations dans la conception et le développement des énergies renouvelables.

Les techniques d’IAO représentent une avancée significative dans les recherches en ingénierie. Elles ont permis d’explorer des possibilités jusque-là inaccessibles. Actuellement, malgré son développement relativement récent, l’IAO est déjà utilisée dans la plupart des domaines de développement et d’innovation. Son utilisation est particulièrement notable dans des secteurs dynamiques comme l’aéronautique et l’automobile, ainsi que dans des domaines sensibles comme les énergies renouvelables ou le biomédical. L’avènement de logiciels basés sur le cloud facilite la démocratisation de cette technologie, et il est plus que raisonnable de penser que l’Ingénierie Assistée par Ordinateur est encore à ses débuts. Et à ASHO Engineering, nous voulons innover avec vous.

Maintenant que vous avez identifié la valeur de l’Ingénierie Assistée par Ordinateur, discutons de votre prochain projet; cela ne vous engage à rien.

Ou peut-être souhaitez-vous en savoir plus sur l’Ingénierie Assistée par Ordinateur, dans ce cas, jetez un œil à notre Introduction à la Simulation CFD.

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