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Simulation et prototypage virtuel

Comment obtenir de meilleurs produits plus rapidement grâce aux logiciels de simulation

Qu'est-ce que le prototypage virtuel ?

La simulation et le prototypage virtuel sont des activités cruciales sur les marchés actuels. Les industries manufacturières d'aujourd'hui sont soumises à la pression d'une concurrence de plus en plus globale, qui les oblige à réduire les délais de mise sur le marché (“time-to-market“) et à optimiser les caractéristiques de leurs produits pour les rendre fiables et performants.

Ces industries se tournent de plus en plus vers la simulation et le prototypage virtuel, qui consistent à créer des modèles virtuels en 3D de produits et à tester ces modèles à l'aide de logiciels spéciaux pour simuler le comportement réel des produits. Les logiciels de simulation permettent aux concepteurs de prévoir les performances des produits avant la réalisation de prototypes physiques. Ces concepteurs peuvent explorer rapidement un grand nombre d'alternatives de conception différentes sans avoir à investir du temps et de l'argent dans la réalisation de prototypes physiques.

La possibilité de tester de nombreuses alternatives différentes améliore la qualité de la conception et les performances du produit. Le temps nécessaire pour mettre sur le marché un produit répondant aux exigences requises est ainsi considérablement réduit par rapport à la réalisation de prototypes physiques.

simulazione e prototipazione virtuale

Définition

Prototypage virtuel

Le prototype virtuel ou «digital mock-up» est une simulation numérique d'un produit physique qui peut être présentée, analysée et testée à tous les aspects de son cycle de vie comme la conception, l'ingénierie, la maintenance, le recyclage, comme s'il s'agissait d'un modèle physique réel. La création et le test d'un prototype virtuel sont appelés prototypage virtuel.

(définition du prof. G. Wang, Dept. O Mechanical and Ind. Eng., University of Manitoba)

Prototypage virtuel et production virtuelle

Le prototypage virtuel est intégré à la "production virtuelle" pour permettre aux entreprises de répondre aux principaux problèmes qui caractérisent aujourd'hui l'introduction de nouveaux produits (NPI) sur le marché de l'électronique : la nécessité de réduire le temps de mise sur le marché ; le besoin de plus en plus urgent de contenir les coûts au stade de la conception ; la nécessité de différencier le produit pour le rendre plus compétitif.

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Plus de barrières entre la conception et la production

Le prototypage virtuel est désormais un facteur essentiel dans l'industrie électronique. Son adoption doit surmonter des obstacles de nature plus culturelle (prise de conscience du problème) que pratique. Entre le succès et l'échec d'un projet, il y a une "fine ligne rouge".

On peut imaginer cette fine ligne rouge comme une frontière séparant les différentes étapes menant à la réalisation d'un produit :

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Les différentes phases indiquées dans le schéma sont gérées par différents acteurs, qui tendent à agir en totale autonomie et avec des outils différents, dans une alternance radicale entre physique et virtuel.

Le prototypage virtuel permet de combler ces lacunes en établissant un lien étroit entre la conception et la production. Le résultat attendu est la réduction du nombre d'itérations. Cela peut se faire en réalisant des prototypes virtuels qui simulent différentes conditions d'un point de vue mécanique, thermique ou électrique. De cette manière, différentes solutions peuvent être évaluées, afin de choisir la moins coûteuse et la plus efficace, mais aussi celle qui permet de se différencier du marché.

Les avantages du prototypage virtuel

Le cabinet d'études Aberdeen Group a publié un rapport montrant que les meilleures entreprises manufacturières utilisent des méthodes de prototypage virtuel à tous les stades du développement et de la fabrication des produits, et qu'elles sont en mesure d'atteindre leurs objectifs en matière de qualité, de coûts et de délais de production. Le taux de réalisation des objectifs de qualité est de 86% des produits.

  • Les entreprises qui utilisent le prototypage virtuel pour des projets complexes sont en mesure de lancer le produit en moyenne 158 jours plus tôt que les autres, ce qui leur permet d'économiser 1,9 million de dollars.
  • Pour les projets plus simples, le gain de temps est de 21 jours et le gain d'argent est estimé à 21 000 dollars.
Virtual simulation

Avantages et bénéfices des outils de prototypage virtuel

  • Réduction du time-to-market
  • Possibilité d'essais anticipés
  • Possibilité d'effectuer des tests qui seraient autrement impossibles ou trop coûteux
  • Réduction du besoin de prototypes physiques
  • Sécurité et confort accrus pour les opérateurs
  • Suppression des barrières géographiques
  • Disponibilité d'une norme commune de conception et de langage
  • Protection des marges bénéficiaires
  • Flexibilité accrue de l'entreprise
  • Réduction des coûts de développement
  • Réduction de l'ampleur des modifications techniques
  • Création d'une attitude de "réussir du premier coup"
  • Simplification des projets
  • Possibilité de participation de toutes les parties prenantes au processus de développement du produit

Source : Andrew Norton, 2001.

Un exemple pratique : simulation du phare avant de la Renault Laguna

Dans cet exemple, nous voyons comment, pour la conception du phare avant de la Renault Laguna, l'utilisation d'un logiciel de simulation tel que Simcenter FLOEFD a permis de tester le comportement de différents matériaux dans toutes les conditions environnementales possibles. Les voitures peuvent être soumises à des conditions très diverses, en fonction du pays dans lequel elles sont utilisées, de la saison, du temps et, bien sûr, du conducteur.

simulation thermique renault laguna
Simulation thermique du phare de la Renault Laguna avec FLOEFD
étude du flux d'air sur un phare de voiture
L'étude des flux d'air appliquée à une variante du projet
phare renault laguna
La version finale du phare construite, après avoir été testée dans pratiquement toutes les conditions

Logiciels pour la simulation et le prototypage virtuel

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Stefano
Morlacchi

Product Manager

Depuis plus de 10 ans, il travaille dans le domaine des analyses computationnelles FEM et CFD, dans la biomécanique, l'automobile, le pétrole et le gaz. Il est expert en formation et en support technique avant et après vente pour les produits logiciels CAE. Chez Cadlog, il occupe le poste de Product Manager pour les logiciels de la division d'analyse thermique et de dynamique des fluides (FloTHERM, FLOEFD, FloMASTER) et pour le câblage et le harnais.

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