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1 Méthodologie et outils d'aide à l'innovation et à la décision en conception préliminaire Equipe SYSTÈMES ÉNERGÉTIQUES ET CONCEPTION UMR CNRS 8508 & ERT.

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1 1 Méthodologie et outils d'aide à l'innovation et à la décision en conception préliminaire Equipe SYSTÈMES ÉNERGÉTIQUES ET CONCEPTION UMR CNRS 8508 & ERT 1070 IMPACT TREFLE/TURBOMECA

2 2 Equipe "Systèmes Energétiques et Conception" NADEAU J.P., Pr ENSAMInnovation, conceptionEnergétique SEBASTIAN P., MCF UBx1 HDRModélisationEnergétique PAILHES J., MCF ENSAMInnovation, matériaux comp.Mécanique Chercheurs AREGBA W., CDDModélisation, séchageThermique GOETZ C., MCF ENSAM Analyse, modélisationAutomatisme LEDOUX Y., MCF UBx1 Variabilité en conceptionProduction SCARAVETTI D., MCF ENSAMEspace solutions, Int H/MMécanique FISCHER X., Ing. (HdR) ESTIAConception interactive, Réalité virtuelle Chercheur associé 8 Doctorants

3 3 Preliminary design Preliminary design start from conceptual design and leads to the search for feasible embodiment design

4 4 Objectifs généraux Analyse du besoin Recherche de concepts Conception architecturale Conception d é taill é e Analyse et structuration Formalisation des modèles Résolution par Outils MALIN Analyse et structuration Formalisation des contraintes Résolution par solveur CSP Analyse et structuration Formalisation du besoin Définition CDCF

5 5 Analyse du besoin Analyse et structuration Formalisation Qualification Traitement Analyse fonctionnelle Lois dévolution Modèles sémantiques Qualification des pistes Qualification des critères Méthodes MALIN Organigramme technique Blocs diagrammes Pistes de nouveaux produits Critères Pistes et critères qualifiés Cahier des charges fonctionnel Méthodes et outilsLivrables Analyse du besoin Recherche de concepts Conception architecturale Conception détaillée

6 6 Recherche de concepts Analyse et structuration Formalisation Qualification Traitement Analyse fonctionnelle Graphes substances/champs Modèles sémantiques Qualification des biais dattaque Outils de résolution MALIN Organigramme technique Blocs diagrammes Modèles Biais dattaque qualifiés Concepts Méthodes et outilsLivrables Analyse du besoin Recherche de concepts Conception architecturale Conception détaillée

7 7 Conception architecturale Analyse et structuration Formalisation Qualification Traitement Analyse fonctionnelle Modélisation par contraintes Intégration des modèles Qualification des modèles Solveur de Pb par satisfaction de contraintes Organigramme technique Blocs diagrammes Modèles Règles Métiers PEPS, Modèles qualifiés Solutions architecturales dimensionnées Méthodes et outilsLivrables Analyse du besoin Recherche de concepts Conception architecturale Conception détaillée

8 Systèmes Energétiques & Conception 8 - A priori choices (concept, Design Variables, components…) - Trial and error mode iterations Classical design process : Design problem modelling Choice in reduced solution space PROPOSAL Expression of the design problem as a set of constraints, Exploration of the whole design space, Assessment of performances using criteria relating to design objectives, Reduction of the solution space (objectifying choices) Decision support process : BENEFITS No design space area dismissed Identification of DV relevant values and of interesting design configurations Suitable knowledge modelling as a set of constraints ( =,, rule, variable domains ) Structuring characteristics identification functional performance specifications technical skills, manufacturing rules physical behaviour models (functional fluxes & undesirable induced phenomena) standards : concepts, components life cycle stages (functioning conditions) Variables Design Variables DV (define product architecture ) Criteria (relative to design objectives) Solution space reduction Selection of Pareto optimal solutions Decision support Overview of the design space: solutions displayed according to DV relevant and irrelevant DV values or combinations Embodiment design of complex systems "Robustesse" contraintes floues performance produit situation de vie prise en compte incertain: intervalles

9 9 Résolution du problème global : solveurs 4 thèses ( ) Solveur évolutionnaire Solveur ensembliste CE V3.0 Solveur ensembliste CE V3.1 Solveurs ensemblistes CE V4.1 ELISA

10 10 Domaines dapplication : Systèmes de conditionnement dair Configurations existantes Investigations BOOTSTRAP

11 11 Domaines dapplication : Systèmes de conditionnement dair BOOTSTRAP

12 12 Projets et consortiums ERT IMPACT : Etage haute pression turbomoteur (TURBOMECA, TREFLE, LMP, LAMEFIP) Rotor Nacelle Mât Low speed shaft Gearbox High speed shaft Generator Brake Réseau Electrique Environnement Cahier des Charges Pompes à vide Condenseurs Chambre Separat. Pompe dextraction Environnement Cahier des Charges 2 thèses ( ) 2 thèses ( ) Modelisation: Thermodynamique Thermo-mécanique Mécanique des fluides Tolérancement Cahier des charges Eolien : (VALOREM, ENSAM-Meknès) Evaporateurs flash : (LURTON, IMECA licence exclusive 2007) 4 thèses ( )

13 13 Conception et industrialisation : Application RTM Variables BE Variables Matériaux Variables Procédé connues du BE Modèle Industrialisation Bases de connaissances Retour dexpériences Règles métiers Modèle BE Bases de connaissances Retour dexpériences Règles métiers Architecture(s) à industrialiser Design for manufacturing Limites admissibles géométrie(s) fabriquée(s) Variables industrialisation et Procédé Thèse en cours

14 14 En cours ou à venir Intégration de lhumain en conception sensoriel interaction homme/machine modélisation centrée homme Prise en compte de la variabilité en conception bases de connaissances couplages méthodes fiabilistes Méthodologie produit vers produit/service Prise en compte de lindustrialisation en conception Solveurs maîtrisés, modélisation centrée homme

15 15 A framework for the reliable exploration of solution spaces in preliminary design UMR CNRS 8508 LEDOUX Y.

16 16 2. Preliminary design phases The key points: Expression of the design problem Processing Post processing as a set of mathematical relations leading to the exploration of the design space Post processing : hierachisation of the solutions by performance evaluation, research of none dominated solution, display of solutions …

17 17 3. The reliability Influence in the preliminary design model

18 18 4. Different integration levels Through preliminary design phases 1. A posteriori2. Integrated in the design model 3. Integrated into the research Definition of the reliability aspect in preliminary design can be –A posteriori: time consuming in the design phase –Integrated to the model : difficult to introduce directly (expression of constraints) –Integrated to the research with : Interval Analysis and CSP

19 19 4. Different integration levels Integrated into the research –Tools used : Constraint solver problem technique Interval Analysis (IA) Aeronautic conditionning air system Automatic system for clock weights Flash evaporators

20 20 Flexibility concept, with: Introduction of new area where all the combination of DV are solutions according to the flexibility 5. Adaptation to the CSP and IA in preliminary design

21 21 Interest of this approach –New tool to define flexible zone –Information on the size of the DV solution Quantification of the robustness 5. Adaptation to the CSP and IA in preliminary design

22 22 6. Outlook The flexible concept allows to introduce flexible constraints: –To take into account to uncertainties (physical model, …) –To introduce size solution zone analysis Needed development –Easly integration into the IA and CSP –Characterization of the size zone (multi dimension case)

23 23 Axes de travaux 2008 Etude de la partie statique de la THP Analyse de lexistant : Distributeur DHP et Support danneau SATHP Etude de létanchéité des joints standards Spécification fonctionnelle Approche fiabiliste du jeu stator/rotor Pratique de conception pour linstrumentation des THP ERT IMPACT ERT TURBOMECA-TREFLE

24 24 Problématique : défaillance du turbomoteur Turbomachine Visualisation du jeu fonctionnel entre lextrémité des aubes et les secteurs danneau Température maxi 1700°C N tours/min Cas 1 : Risque de TOUCHE ! Jeu<0 mm Cas 2 : Perte de rendement ! Jeu > 0.7mm 2 scénarios de défaillance ERT TURBOMECA-TREFLE Approche fiabiliste du jeu fonctionnel de turbomachine dhélicoptère

25 25 Jeu est fonction de : la géométrie (positions liaisons, défauts) situation de vie (démarrage, accélération ….) phénomènes thermomécaniques, vieillissement, … Problématique : défaillance du turbomoteur Bilan Jeu = f (géométrie) Paramètres Variables Aléatoires Modèle géométrique Probabilité de valeur de Jeu Possible de quantifier la probabilité de défaillance !

26 26 Approche fiabiliste Moyenne Modèle géométrique Paramètres Variables Aléatoires Jeu=f(paramètres) Ecart type Définition des fonctions détat G Résultats fiabilistes Probabilité de défaillance (Pf) si G < ou =O Sensibilité des paramètres Bornes Mise en place dun modèle géométrique du jeu Prise en compte : - écarts entre les surfaces nominales - jeu des liaisons - dimensions du modèle Analyse fiabiliste de larchitecture existante de THP - élasticités : hiérarchisation des paramètres - quantification des dérives


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