Modélisation causale multiphysique EEA / Commande des systèmes industriels PAG + FM

Contexte économique SIMULATION Concurrence sévère... Course à l’innovation, à l’optimisation technique, à la réduction des temps de développement Maîtriser les produits pour atteindre les performances et la qualité au moindre coût SIMULATION Dans l’industrie automobile: coûts retour garantie > investissements R&D ! => Faire bon du 1er coup !! performances économiques liées à la jeunesse de la gamme => innover, réduire temps de conception Dans l’industrie automobile Coût retours garantie > investissements R&D ! Contexte

= Contexte technologique MECATRONIQUE SYSTEME MULTI-PHYSIQUE Electronique Technologies de l’information Mécanique, Thermique, Energétique, Electrotechnique, Optique, Automatique, Logiciel ... Ingénierie des systèmes Nouvelles fonctionnalités = MECATRONIQUE SYSTEME MULTI-PHYSIQUE MULTI-DOMAINE Roulement capteur utilisé pour compter tours de roue en automobile Innovation mécatronique permet à SNR de maintenir la majorité de ses effectifs à Annecy = sans délocaliser... SNR Mechatronics Le roulement capteur Contexte

Cycle de conception multi-niveau Fonctionnel Spécifications Système Système CONCEPTION INTEGRATION Sous système Réseau Processus de conception en V Besoins consommateurs => spécifications marketing Intégration = test composant + assemblage + test sous-système + assemblage sous-systèmes+ ... + intégration temps réel + ... Différents niveaux d'abstraction sont mis en œuvre. A ces niveaux d'abstraction, sont associés différents types d'outils de modélisation et de simulation définissant une PLATEFORME DE PROTOTYPAGE VIRTUEL. La mise au point et la simulation des systèmes pluridisciplinaires est indispensable pour les produits modernes. composant Géométrie FABRICATION Conception système

Niveau fonctionnel Analyse fonctionnelle Description des fonctions du système et de ses différents états Spécification systèmes de commande (électronique et logiciel) Niveau fonctionnel: Description des fonctions du système étudié et de ses différents états. Utilisé tout particulièrement pour spécifier l’électronique et les systèmes de commande. Conception système

Niveau système Représentation mathématique de type schéma bloc du comportement dynamique du système et de sa commande Recherche de lois de commande + génération de code temps réel pP QP QA QB P1 P2 Q1 Q2 Niveau système: Des modèles mathématiques décrivent le comportement dynamique des systèmes physiques et leur commande. Cette représentation sous forme de schémas blocs contient les paramètres du système: gains, tables, délais, opérateurs mathématiques. Les automaticiens sont les principaux acteurs utilisant ce niveau d’abstraction. Recherche de lois de commande et génération de code « temps réel » sont les principales préoccupations de ce « niveau système ». Conception système

Niveau réseau Formalisme BOND GRAPH Description du comportement dynamique du système Vision globale / système / pluridisciplinaire Etude de systèmes multiphysiques, capitalisation de connaissances, dimensionnement de systèmes couplés Formalisme BOND GRAPH Niveau réseau: Modèles décrivant l’ensemble du comportement dynamique du système => vision globale (en complémentarité de la vision locale du niveau géométrique), systèmes pluridisciplinaires. Base théorique la plus avancée : Bond Graph. Niveau le mieux adapté à la capitalisation des connaissances. Une attention particulière est portée aux principes fondamentaux de la physique. Optimisation du dimensionnement des systèmes: association des différents composants dimensionnés au niveau géométrique. Cf « La conception mécatronique: un gain de temps et d’argent (in Fluides et transmissions – 09/05) » Conception système

Niveau géométrique Modèle avec paramètres géométriques 2D / 3D et propriétés matériaux Formulation sous forme d’équations aux dérivées partielles Résolution par méthodes éléments finis Analyse détaillée des propriétés physiques d’une partie simple d’un système sur un support continu Niveau géométrique: Le modèle contient les paramètres de la géométrie 2D ou 3D, et des propriétés des matériaux (fluide ou solide). Le problème est formulé sous la forme d’Equations aux Dérivées Partielles qui sont traitées en utilisant une discrétisation ou un maillage de la géométrie (FEM ou similaire) . Adapté à l’analyse détaillée de la distribution de propriétés physiques particulières dans un support continu. Dédié à l’analyse détaillée d’une partie simple d’un sous système. Le comportement transitoire de systèmes pluridisciplinaires ne peuvent être abordés par cette approche. Conception système

Plate forme de prototypage virtuelle CAD = Design tools CAE = Calculation + Simulation tools = La panoplie logicielle de l’ingénieur = Environnement intégré de conception CAD = Computer Aided Design CAE = Computer Aided Engineering Conception système

AMESim : un logiciel de simulation multiphysique Transmission Poids lourd AMESim utilisé par quasiment tous les constructeurs et équipementiers automobiles et aéronautiques ! Modèle présenté = méca + gaz / thermique Simulation multiphysique

Conception... Simulation... MODELISATION ! Calage de modèle Conception Modélisation Simulation Une grande part de l’expertise est dans la modélisation Bonne simul = simul pertinente... Le BOND GRAPH, outil d’aide à la modélisation multiphysique Respecte des principes fondamentaux de la physique en raisonnant sur les règles de conservation de l’énergie MODELISATION !

Séquence pédagogique 10 h CM 8 h ED Bond Graph Pierre-Alain GILLES 4 h TP AMESim Bond Graph Pierre-Alain GILLES Frédéric MOLL Plan du cours Modélisation Bond Graph 1- Principe, structure, construction 2- Causalité 3- Equations déduites du BG 4- Systèmes mécaniques 5- Systèmes hydrauliques 6- Systèmes thermiques Evaluation (UED 5D21) 1 TP  33% note « M » 50% examen  50% note « F » EEA / Commande des systèmes industriels