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Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier Conception mécanique et Intégration système Groupe de Travail # 14 : Instrumentation et détection Contributeurs.

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1 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier Conception mécanique et Intégration système Groupe de Travail # 14 : Instrumentation et détection Contributeurs GT#14: Shebli Anvar, Florence Ardellier, Nicolas Arnaud, Florian Bauer, Denis Bernard, Jean-Marie Brom, Giovanni Calderini, Denis Calvet, Sandrine Cazaux, Maximilien Chefdeville, Jean-Claude Clemens, Paul Colas*, Rémi Cornat, Philippe de Antoni, Eric Delagnes, Alain Delbart, Jérome Donnard, Frédéric Chateau, Christian Finck, Philippe Galdemard, Xavier Grave, Giulia Hull, Fabien Jeanneau, Roman Kossakowski, Imad Laktineh, Eric Legay, Olivier Limousin, Stefanos Marnieros, Gisèle Martin-Chassard, Damien Neyret, Christian Olivetto, Laurent Olivier, Julien Pancin, Jean Peyré*, Michel Piat, Véronique Puill, Roman Pöschl, Sylvie Rosier-Lees, Eric Wanlin, Isabelle Wingerter-Seez, Marc Winter*, Dominique Yvon. *: animateurs

2 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier 1.Etat des lieux 2.Propositions d’orientations a.Outils : logiciels de modélisation et simulation b.Méthodologie 3.Conclusion Plan de la présentation

3 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier Instruments innovants, complexes, intégrés, compacts et gigantesques, plus performants… Environnements contraints: faisceaux intenses, champ magnétique, accessibilité, sureté, … Fiabilité, cycle de vie « long » Nouveaux matériaux Nombre de prototypes limités Collaborations internationales avec multiples interlocuteurs et outils Fractionnement des contributions et complexification des interfaces Outils logiciels : Modélisation CAO Simulations numériques Méthodologie Contexte : exigences

4 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier Etat des lieux 2012 Conception Thermomécanique et Intégration Optique Cryogénie Vide Magnétisme Science des matériaux Assemblage Intégration Radioprotection Environnement spatial Cycle de vie produit Electronique Coût Qualité Conception et intégrations mécanique et thermique s’insèrent au sein d’une ingénierie système pluridisciplinaire Gestion des interfaces

5 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier CAO 3D REALISATION - INTEGRATION / TESTS SIMULATIONS 3 domaines de compétences interdépendants Ingénierie Conception thermomécaniques et Intégration

6 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier Tracjectographe Hall B JLAB CAO : outil de conception, dès la phase amont … Tuile Micromegas courbée Dès la phase amont :  Implantation  Définition des interfaces et partage de lots Central Tracker Illustration : CLAS 12GeVJLAB Hall B

7 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier Détecteurs « Forward » (IRFU) Détecteurs « Barrel » (IRFU) Tube porteur (USA) Servitudes Electronique « Barrel » (IRFU) Electronique « Forward» CAO : … outil d’échanges : support au processus itératif … Electroniciens (dissipation thermique, CEM, …) Intégration détecteurs, Instrumentaliste (process, …) Contrôle commande (Implantation, CEM, …) Maîtrise d’œuvre Electroniciens, CEM … Intégration détecteurs, Instrumentaliste (process, …) Simulations thermiques Simulations mécaniques CLAS12 GeV Trajectograph

8 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier 6. Détecteur prêt pour tests géométrique & physique 4. Installation de la dérive 1. Mandrin rayon détecteur 3. Réglette de maintien, pions de positionnement & Structure carbone 5. Connecteurs 2. PCB & mise sous pression Préparation de la gamme de montage du détecteur Micromegas 7. Métrologie CAO : … outil d’anticipation des scénarii d’assemblage et tests…

9 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier CAO… préparation de l’installation sur site…

10 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier De la CAO … au prototypage, intégrations tests Mise en œuvre de « Prototype »: Basé sur le savoir faire Vérifier des performances Optimiser le process Suivi fabrication / intégration Coût… … validation pour la « série » ?

11 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier Optimisation thermomécanique au plus proche des limites Respect des exigences géométriques Mise en œuvre de nouveaux matériaux Certifications Contraintes de coût et ressources, d’ergonomie, de délai… Optimisation thermomécanique au plus proche des limites Respect des exigences géométriques Mise en œuvre de nouveaux matériaux Certifications Contraintes de coût et ressources, d’ergonomie, de délai… ANSYS : - Elasticité linéaire / non linéaire – statique et dynamique - Thermique linéaire / non linéaire stationnaire et transitoire - Thermohydraulique (ANSYS- CFX et ANSYS Fluent ) ANSYS : - Elasticité linéaire / non linéaire – statique et dynamique - Thermique linéaire / non linéaire stationnaire et transitoire - Thermohydraulique (ANSYS- CFX et ANSYS Fluent ) CAST3M (CEA, accès au code) : Calculs par éléments finis CAST3M (CEA, accès au code) : Calculs par éléments finis NX NASTRAN (Spatial) : requis pour les échanges avec le CNES NX NASTRAN (Spatial) : requis pour les échanges avec le CNES SICAPNET (CODAP) Appareils sous pression SICAPNET (CODAP) Appareils sous pression Logiciel calculs Objectifs Logiciels utilisés SALOME : plateforme multi-physiques OPEN SOURCE (prétraitement/post traitement) SALOME : plateforme multi-physiques OPEN SOURCE (prétraitement/post traitement)

12 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier Propositions d’orientations 2012 – Outils logiciels a.Modélisation CAO et simulations b.Echanges de données 2.Méthodologie 1.Liens avec l’industrie 2.Vers l’ingénierie concourante

13 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier Etat des lieux 2012 Conception thermomécanique et Intégration Optique Cryogénie Vide Magnétisme Science des matériaux Assemblage Intégration Radioprotection Environnement spatial Cycle de vie produit Electronique Coût Qualité 2012 : gestion des interfaces

14 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier Prospectives Conception thermomécanique et Intégration Système Optique Vide Cryogénie Magnétisme Science des matériaux Assemblage Intégration Radioprotection Environnement spatial Cycle de vie produit Electronique Coûts Qualité

15 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier Motivations :  Simuler plus finement des systèmes complexes innovants  Anticiper les comportements de plus en plus fins et précis aux limites des matériaux  Mise en œuvre de nouvelles technologies,  Intégration mécatronique Thermo-hydraulique Mécanique des fluides Thermo-hydraulique Mécanique des fluides CO2 diphasique Microcanaux Nouvelles technologies de refroidissement Calculs multi-échelles Calculs multi-résolutions Matériaux Composites Tribologie Nouveaux métiers/compétences à INTEGRER dans les simulations thermomécaniques Prospectives : simulation de systèmes intégrés

16 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier SIMULATIONS MULTIPHYSIQUES : Plateforme Open Source ? Produits commerciaux (Ansys, Comsol…) Prospectives : modélisation de systèmes intégrés

17 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier Utilisation d’outils de Simulations MULTIPHYSIQUE : Plateforme Open Source ? Produits commerciaux (Ansys, Comsol…) R&D IRFU sur l’utilisation de la plateforme SALOME : -plate-forme « au service » de la simulation numérique multi- physique : mécanique, thermohydraulique, mécanique des fluides, neutronique, magnétisme... Prospectives : modélisation de systèmes intégrés Calculs couplés

18 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier  simulations de physique (GEANT…)  logiciels de calculs  logiciels CAO électroniques et câblage  optimisation de la fabrication (CFAO, tolérances 3D) tolérances 3D  Workflow  simulations de physique (GEANT…)  logiciels de calculs  logiciels CAO électroniques et câblage  optimisation de la fabrication (CFAO, tolérances 3D) tolérances 3D  Workflow Dépendance aux éditeurs Accès aux licences recherches ? Compatibilité ascendante (Catia V5) ? Dépendance aux éditeurs Accès aux licences recherches ? Compatibilité ascendante (Catia V5) ? CATIA V6 Enrichir les couplages Motivations : Prendre en compte différentes disciplines dans un modèle intégré Prospectives : conception de systèmes intégrés pour l’intégration sur site (gammes de montage sous forme vidéo 3D, virtuels 3D…)virtuels 3D Améliorer la communication

19 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier  meilleurs échanges avec les industriels  meilleure traçabilité  risque d’erreurs réduit Tolérancement 3D Apports :

20 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier  Meilleure prise en compte de l’accessibilité et de la montabilité lors des opérations d’assemblage ou de maintenance  Meilleure visibilité sur le système pour les décideurs lors de revues de projet Utilisation d’outils de réalité virtuelleApports

21 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier Propositions d’orientations : 1.Outils logiciels a.Modélisation CAO et simulations b.Echanges de données 2.Méthodologie 1.Liens avec l’industrie 2.Vers l’ingénierie concourante

22 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier Intégration modèle global Fabrication Communication au sein de l’équipe projet Sous-traitance Défis : maitrise de la traçabilité du système Echanges de données et archivage Sécurité des données Gestion de configuration Logiciel Product Life Management Coordination pour « standardiser » les formats d’échange et mises à jour Partage d’outils collaboratifs (plateforme) Stratégie commune des labos IRFU / IN2P3 pour négocier Recommandations Réseau métiers / plateforme métiers entre les instituts ? Prospectives : gestion et échanges de données techniques

23 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier Propositions d’orientations : 1.Outils logiciels a.Modélisation CAO et gestion de configuration b.Plateformes de simulations c.Echanges de données 2.Méthodologie 1.Liens avec l’industrie 2.Vers une ingénierie concourante ?

24 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier Mettre en place stratégie industrielle pour maîtriser la multiplication de prototypes performants Méthodologie plus rigoureuse pour anticiper le procédé d’assemblage, tests, calibration Spécifications techniques Définition de points clés Analyse des capacités des entreprises Prospectives : liens avec l’industrie Phase de prototypage : Nécessité de dialogues Science des matériaux, nouvelles technologies Coût Intérêt du marché Transfert technologique ? Motivations :  S’appuyer sur l’industrie dans le développement des futurs instruments Proto ? ?

25 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier Prospectives : méthodologie -Evaluer l’existant -Identifier au plus tôt les verrous (techno, organisation, …) ou interdépendances complexes -Prendre en compte les complémentarités des disciplines en amont Tests calibrations vers l’ingénierie concourante ?

26 Prospectives Irfu/IN2P3Avril 2012F. Ardellier Conclusion Propositions d’Orientations 2012 – 2020 : L’utilisation d’outils collaboratifs associée à une approche système permettrait de mieux maîtriser la conception d’instrument dont la complexité ne permet pas le pilotage simple d’activités indépendantes. o Importance d’une cohérence des outils CAO et simulation entre les instituts : Modélisation CAO : couplage des logiciels pour les échanges des données pluridisciplinaires Simulation : tests de l’utilisation de plateformes multi-physiques (open source ?) o Maîtrise des échanges de données : Gestion de configuration Interfaces pluridisciplinaires Lien avec l’industries Méthodologie : s’inspirer de l’ingénierie concourante pour le développement d’instruments innovants Contexte : instruments innovants = systèmes intégrés complexes pluridisciplinaires de « plus en plus grands » avec besoin de maîtriser des détails de « plus en plus précis »


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