CAO : DE L’IDÉE À LA FORME…

LES LOGICIELS DE CAO CONSTITUENT SOUVENT LA PREMIÈRE BRIQUE DE LA CHAÎNE NUMÉRIQUE MISE EN PLACE PAR LES INDUSTRIELS POUR DÉVELOPPER ET FABRIQUER DES PRODUITS MANUFACTURÉS. LES SOLUTIONS DISPONIBLES SUR LE MARCHÉ SONT NOMBREUSES, MATURES, CERTAINES SONT MÊMES GRATUITES. LES PLUS PERFORMANTES SONT DÉSORMAIS INTÉGRÉES À DES PLATEFORMES LOGICIELLES COUVRANT L’ENSEMBLE DE LA DÉMARCHE PLM. C’EST POURQUOI, LA MAJORITÉ DES BUREAUX D’ÉTUDES DE L’INDUSTRIE MANUFACTURIÈRE A ADOPTÉ LA MODÉLISATION 3D.

DU CHOIX, MAIS PAS TOUJOURS LE CHOIX

Le choix d’un logiciel de CAO est parfois dicté par son environnement business. Dans l’automobile, l’aéronautique/défense, le spatial ou encore la construction navale, le donneur d’ordres impose bien souvent
sa propre technologie à ses partenaires.
Mais, les progrès réalisés en matière d’interopérabilité grâce aux formats neutres comme Iges, Step, DXF, STL, DWG… ou aux interfaces entre formats natifs modifient peu à peu cette uniformisation.

La solution de CAO adoptée dans ces filières est cependant figée pendant de nombreuses années. Ne serait-ce que parce que tout changement à cette échelle serait fort coûteux. En France, l’aéronautique et l’automobile par exemple sont, en grande majorité centrés sur le logiciel Catia de Dassault Systèmes. La complexité des produits impose également des solutions haut de gamme, intégrées à un environnement logiciel global gérant à la fois les produits, leurs différentes technologies, mais aussi les process de fabrication et toutes les normes et règlementations en vigueur dans le domaine concerné. Dans ces secteurs, on trouve donc les trois éditeurs Dassault Systèmes, Siemens PLM Software et PTC. Il y a cependant un logiciel de CAO que l’on trouve pratiquement dans tous les secteurs c’est AutoCad d’Autodesk. L’un des plus anciens outils de CAO (1982) s’est en effet imposé progressivement notamment par son côté couteau suisse. Il a d’ailleurs été copié par de nombreux autres logiciels qui reprennent son modèle de données (format DWG) et son interface.

CAO OU CFAO ?

Bien évidemment, les besoins en matière de modélisation sont directement liés à l’activité de l’entreprise. Un outilleur, un bureau d’études qui conçoit des produits de décoration, ou un fabricant de machines-spéciales, auront des choix différents. Et c’est logiquement dans ce segment « moyen de gamme » que le choix est le plus ouvert. Avec des solutions généralistes comme SolidWorks, Solid Edge ou Inventor, et des outils plus spécialisés par type de modélisation ou métier comme Rhinoceros 3D, SpaceClaim, ArchiCad, Revit ou encore TopSolid et WorkNC. Chacun de ces logiciels a en effet une orientation particulière : la modélisation des surfaces complexes, la recherche formelle ou la modification de pièces importées d’autres CAO, la conception architecturale, ou encore la préparation des pièces et la programmation des parcours d’usinage (CFAO).

Sur le plan technique, pour faire simple, on distingue deux grandes familles de logiciels de CAO 3D utilisés dans le domaine industriel : les modeleurs paramétriques, à base de fonctions géométriques (features based modeling), et les modeleurs directs. Mais ces distinctions tendent à être gommées car les premiers adoptent désormais des outils issus des seconds. Néanmoins, il est utile de comprendre les atouts et contraintes de ces deux méthodes de conception pour en faire bon usage.

Seconde distinction, la modélisation surfacique et la modélisation volumique. La première est destinée à la recherche formelle des objets ; la seconde à une bureau d’études qui conçoit des produits de décoration, ou un fabricant de machines-spéciales, auront des choix différents. Et c’est logiquement dans ce segment « moyen de gamme » que le choix est le plus ouvert. Avec des solutions généralistes comme SolidWorks, Solid Edge ou Inventor, et des outils plus spécialisés par type de modélisation ou métier comme Rhinoceros 3D, SpaceClaim, ArchiCad, Revit ou encore TopSolid et WorkNC. Chacun de ces logiciels a en effet une orientation particulière : la modélisation des surfaces complexes, la recherche formelle ou la modification de pièces importées d’autres CAO, la conception architecturale, ou encore la préparation des pièces et la programmation des parcours d’usinage (CFAO). Mais, parce que formes et fonctions sont intimement liées dans la majorité des objets manufacturés, beaucoup de solutions du marche combinent également ces deux modes de travail. Design et ingénierie ne sont plus des ennemis, bien au contraire…

GÉOMÉTRIE FONCTIONNELLE OU GÉOMÉTRIE PURE

Pour la petite histoire, le mode paramétrique est né il y a près de 25 ans avec le lancement de Pro/Engineer par PTC. Les logiciels utilisant cette démarche de création géométrique 3D s’appuient sur des fonctions (features en anglais) telles qu’extrusion, arrondi, chanfrein, dépouille, coque, etc. Elles sont organisées dans un historique représenté sous la forme d’une arborescence dans l’interface du logiciel. L’ensemble décrit votre produit et l’enchaînement des fonctions employées pour le dessiner, ainsi que les liens qui les unissent. Ces liens permettent d’associer des géométries à des contraintes fonctionnelles. Exemple : le positionnement d’un grille de trous par rapport au bord d’une pièce. Si la position de ce bord change, les trous « suivent » pour conserver cette même distance. Pro/Engineer fut à l’époque une petite révolution dans le monde de la CAO. Tous les éditeurs ont suivi et développé leur propre solution de modélisation paramétrique à base de fonctions.

En 2005, la société SpaceClaim (rachetée depuis par Ansys) et sa solution éponyme bouscule l’ordre des choses. L’éditeur américain propose alors une modélisation dite « directe » . Dans ce cas, l’utilisateur conçoit sa pièce, ou en modifie une existante, comme s’il manipulait une pâte à modeler 3D. On ne gère plus d’historique de fonctions, même si l’on conserve des contraintes entre les entités géométriques. La création utilise des fonctions comme pousser, tirer, pivoter, extruder, chanfreiner, etc. pour modifier des entités élémentaires de type sphère, cube et cône à partir de leurs points d’inflexion. On peut également utiliser la cotation pour définir les dimensions d’un bloc et la position d’un trou par exemple. C’est une paramétrisation simple de la géométrie qui facilite sa modification ultérieure.

Depuis, la quasi-totalité des éditeurs ont également adopté au sein de leur gamme des modules comparables. Synchronous Technology pour Siemens PLM Software dans Solid Edge puis dans NX, Inventor Fusion pour Autodesk, Catia Brep Modeling pour Dassault Systèmes, et Creo Elements Direct Modeling pour PTC grâce au rachat en 2007 de Cocreate, précurseur lui aussi de la technologie. Bref, un engouement pour une technique de création particulièrement simple d’accès et qui répond à de nombreuses applications et tout particulièrement la reprise de formes existantes.

LA PUISSANCE DU PARAMÉTRIQUE ?

On le constate aujourd’hui, la modélisation directe n’a pas évincé le mode features based. Il y a un recouvrement entre les deux méthodes de modélisation et les frontières ne sont pas fixes. Le paradigme de modélisation paramétrique répond à une approche de conception technique et fonctionnelle. Le concepteur doit avoir une idée relativement précise de ce qu’il va faire pour anticiper et définir les contraintes des fonctions et les dépendances. Toute modification de la conception est ainsi répercutée en aval, d’une manière prédéfinie. En tirant parti del’arborescence, les utilisateurs peuvent mettre en forme des changements rapides à leurs modèles 3D, changements qui seront automatiquement propagés à d’autres fonctions connexes ou dépendantes. Et puis, la démarche paramétrique permet de capitaliser la sémantique métier et de préparer des Template Design. Il s’agit de « fonctions macros » permettant de créer des géométries récurrentes, comme des grilles de trous par exemple, selon des règles prédéfinies. Celles-ci peuvent être réutilisées pour des projets ultérieurs pour gagner en productivité tout en respectant les standards métiers de l’entreprise. Ce mode est donc particulièrement puissant pour intégrer de l’intelligence à un modèle. Il est idéal pour des produits amenés à évoluer ou déclinés en plusieurs versions ou familles.

Mais cette puissance n’est utilisable que si l’opérateur connaît la construction du modèle et son paramétrage. Or, c’est parce qu’il est rarement possible d’anticiper en phase conceptuelle, et parfois impossible de connaître l’intention du concepteur lorsque l’on récupère son travail, que le mode paramétrique a ses limites. Cette modélisation « intelligente » est donc parfois frustrante, lorsque la complexité de l’arbre du modèle donne lieu à une modélisation finalement impossible à gérer. La rigidité de la modélisation basée sur le paramétrique rend l’outil inefficace pour la modélisation d’un concept ou pour faire des changements de dernière minute. …