Optimisation de la conception de produits par simulations numériques
 

Simulations numériques, plan d’expériences et optimisation multicritères

La conception de produits fait généralement appel à un grand nombre de simulations numériques. Les logiciels de simulation sont de plus en plus performants mais aussi de plus en plus exigeants en puissance et temps de calcul. De ce fait, les industriels sont contraints à une rationalisation de leurs calculs numériques pour respecter les cycles de conception de plus en plus courts. Pour répondre à cette problématique, EURODECISION a développé en partenariat avec RENAULT une méthodologie pour réaliser des études d’optimisation de conception qui s’appuie sur une bibliothèque d’outils de gestion d’essais.

EURODECISION propose ses services aux entreprises pour réaliser ce type d’études : il s’agit d’optimiser la conception de produits en tenant compte de critères (prestations) multiples et de trouver le meilleur compromis (construction du front de Pareto présentant l’ensemble des meilleurs compromis entre les différents critères : masse, intrusion, angle de torsion, …). Le concepteur dispose ainsi, à travers la méthodologie et les outils, d’une précieuse aide à la décision.


Méthodologie

La définition du problème de conception
Le concepteur reçoit un cahier des charges fixant des objectifs sur des prestations telles que la consommation d’un véhicule, les émissions de polluants, les performances mécaniques, acoustiques et vibratoires ou encore la masse du produit. Il doit lister les paramètres de conception influents (par exemple l’épaisseur des pièces, leurs matériaux, leurs formes, la présence ou non d’une pièce, etc.) et leur domaine de variation en tenant compte des contraintes techniques, y compris celles de fabrication (démoulage, soudabilité). Dans la méthodologie proposée, les paramètres dénommés « facteurs » correspondent aux variables de décision du problème de conception et les critères du cahier des charges sont les « réponses ».

Boucle classique d’optimisation
Une fois définis les facteurs et réponses, la phase d’étude proprement dite peut commencer. Elle suit le schéma suivant (cliquer sur l'image) :
 
Un plan d’expériences initial est élaboré avec pour objectif d’extraire le maximum d’informations en effectuant un minimum de simulations. Selon la structure particulière du plan choisi, il est possible par exemple de déterminer approximativement l’influence sur chaque réponse des facteurs et de leurs interactions. Les réponses obtenues par simulation de ces premiers essais permettent de construire des modèles statistiques de ces grandeurs en fonction des facteurs. Ces modèles donnent une approximation des réponses pour un nouvel essai. Ils sont utilisés pour générer des optimums par des méthodes d’optimisation multi-objectif. Les nouvelles configurations sont validées par la simulation et intégrées à la base d’essais. Il est ensuite possible de reconstruire les modèles pour améliorer leur qualité et de boucler jusqu’à obtenir des solutions satisfaisantes.


Des solutions adaptées aux métiers clients

EURODECISION a mené pour RENAULT plusieurs études de conception par plan d’expériences basées sur cette méthodologie. Voici quelques exemples :
• Conception d’un absorbeur de choc arrière
• Etude de l’écoulement d’air dans une grille d’entrée d’air moteur
• Optimisation de la structure d’un siège
• Conception d’un capot respectant les nouvelles normes de choc piéton
• Allégement de caisse de véhicule sous contraintes crash et vibratoires
 

Simulation de choc crash avant

 

Dans ce cadre, EURODECISION, en partenariat avec RENAULT, a été amenée à développer des outils qui, contrairement à la grande majorité des logiciels présents sur le marché, permettent de prendre en compte des structures particulières de facteurs que réclament certains problèmes métiers. Par exemple, les facteurs dits « imbriqués » permettent de prendre en compte un facteur « épaisseur de la pièce A » qui n’existe que lorsque le facteur « présence/absence de la pièce A » est à « présente ».

Ces outils sont performants sur des problèmes très contraints. Citons, par exemple, les méthodes de plan d’expériences qui ont été implémentées pour générer des plans adaptés à des espaces de facteurs restreints par des contraintes reliant plusieurs facteurs.


Recherche & Développement

Dans le cadre de sa stratégie de développement en R&D, EURODECISION s'est associée, en tant que membre du Pôle System@tic, aux projets suivants :
• POPS (PetaOpérations Par Seconde) avec pour objectif de tirer parti des calculateurs haute performance pour paralléliser les calculs dans des problématiques d’optimisation multicritères et de génération de front de Pareto. Ces objectifs seront démontrés sur des applications dans le domaine de l’automobile. Ce projet a débuté en septembre 2007.
• OPSIM (OPtimisation de SIMulations pour la conception) avec pour objectif de consolider et d'améliorer son offre d’outils dans le domaine de l’optimisation par plan d’expériences pour la conception de produits. Ce projet débute en juin 2008.
 
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