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

Propositions d’orientations 2012-2020 Plan de la présentation Etat des lieux Propositions d’orientations 2012-2020 Outils : logiciels de modélisation et simulation Méthodologie Conclusion

Contexte : exigences Outils logiciels : Modélisation CAO 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 2020

Assemblage Intégration Environnement spatial 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 Caractérisation Gestion des interfaces

CAO 3D 3 domaines de compétences interdépendants Ingénierie Conception thermomécaniques et Intégration CAO 3D SIMULATIONS REALISATION - INTEGRATION / TESTS Ingénierie

CAO : outil de conception, dès la phase amont … JLAB Hall B Illustration : CLAS 12GeV Dès la phase amont : Implantation Définition des interfaces et partage de lots Central Tracker Hall B JLAB Tracjectographe Tuile Micromegas courbée

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

CAO : … outil d’anticipation des scénarii d’assemblage et tests… 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… préparation de l’installation sur site…

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 » ?

Logiciel calculs Logiciels utilisés Objectifs 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 ) NX NASTRAN (Spatial) : requis pour les échanges avec le CNES SICAPNET (CODAP) Appareils sous pression CAST3M (CEA, accès au code) : Calculs par éléments finis SALOME : plateforme multi-physiques OPEN SOURCE (prétraitement/post traitement)

Propositions d’orientations 2012 – 2020 Outils logiciels Modélisation CAO et simulations Echanges de données Méthodologie Liens avec l’industrie Vers l’ingénierie concourante

Assemblage Intégration Environnement spatial Etat des lieux 2012 Conception thermomécaniqueet Intégration Optique Cryogénie Vide Magnétisme Science des matériaux Assemblage Intégration Radioprotection Environnement spatial Cycle de vie produit Electronique Coût Qualité 2012 : gestion des interfaces

Assemblage Intégration Environnement spatial Prospectives 2012-2020 Qualité Conception thermomécaniqueet Intégration Système Optique Vide Cryogénie Magnétisme Science des matériaux Assemblage Intégration Radioprotection Environnement spatial Cycle de vie produit Electronique 2020 Coûts

Prospectives 2012-2020 : simulation de systèmes intégrés 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 Nouvelles technologies de refroidissement Matériaux Composites Tribologie CO2 diphasique Microcanaux Nouveaux métiers/compétences à INTEGRER dans les simulations thermomécaniques Thermo-hydraulique Mécanique des fluides Calculs multi-échelles Calculs multi-résolutions

Prospectives 2012-2020 : modélisation de systèmes intégrés SIMULATIONS MULTIPHYSIQUES : Plateforme Open Source ? Produits commerciaux (Ansys, Comsol…)

Prospectives 2012-2020 : modélisation de systèmes intégrés Calculs couplés 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 2012-2020 : conception de systèmes intégrés Motivations : Prendre en compte différentes disciplines dans un modèle intégré 2020 Enrichir les couplages simulations de physique (GEANT…) logiciels de calculs logiciels CAO électroniques et câblage optimisation de la fabrication (CFAO, tolérances 3D) Workflow CATIA V6 Améliorer la communication pour l’intégration sur site (gammes de montage sous forme vidéo 3D, virtuels 3D…) Dépendance aux éditeurs Accès aux licences recherches ? Compatibilité ascendante (Catia V5) ?

Tolérancement 3D Apports : meilleurs échanges avec les industriels meilleure traçabilité risque d’erreurs réduit

Utilisation d’outils de réalité virtuelle Apports 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

Propositions d’orientations 2012 - 2020: Outils logiciels Modélisation CAO et simulations Echanges de données Méthodologie Liens avec l’industrie Vers l’ingénierie concourante

Prospectives 2012-2020 : gestion et échanges de données techniques Défis : maitrise de la traçabilité du système Echanges de données et archivage Gestion de configuration Sécurité des données Logiciel Product Life Management Sous-traitance Intégration modèle global Fabrication Réseau métiers / plateforme métiers entre les instituts ? Communication au sein de l’équipe projet 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

Propositions d’orientations 2012 - 2020: Outils logiciels Modélisation CAO et gestion de configuration Plateformes de simulations Echanges de données Méthodologie Liens avec l’industrie Vers une ingénierie concourante ?

Prospectives 2012-2020 : liens avec l’industrie Motivations : S’appuyer sur l’industrie dans le développement des futurs instruments Mettre en place stratégie industrielle pour maîtriser la multiplication de prototypes performants Phase de prototypage : Nécessité de dialogues ? ? Proto  Méthodologie plus rigoureuse pour anticiper le procédé d’assemblage, tests, calibration Spécifications techniques Définition de points clés Analyse des capacités des entreprises Science des matériaux, nouvelles technologies Coût Intérêt du marché Transfert technologique ?

Prospectives 2012-2020 : 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 ?

Conclusion Propositions d’Orientations 2012 – 2020 : Contexte : instruments innovants = systèmes intégrés complexes pluridisciplinaires de « plus en plus grands » avec besoin de maîtriser des détails de « plus en plus précis » 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. 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 ?) 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 2020