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

Equipe "Systèmes Energétiques et Conception" tttt Equipe "Systèmes Energétiques et Conception" Chercheurs NADEAU J.P., Pr ENSAM Innovation, conception Energétique SEBASTIAN P., MCF UBx1 HDR Modélisation Energétique PAILHES J., MCF ENSAM Innovation, matériaux comp. Mécanique SCARAVETTI D., MCF ENSAM Espace solutions, Int H/M Mécanique GOETZ C., MCF ENSAM Analyse, modélisation Automatisme AREGBA W., CDD Modélisation, séchage Thermique LEDOUX Y., MCF UBx1 Variabilité en conception Production Chercheur associé FISCHER X., Ing. (HdR) ESTIA Conception interactive, Réalité virtuelle 8 Doctorants

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

Analyse du besoin Recherche de concepts Conception architecturale Objectifs généraux Analyse du besoin Recherche de concepts Conception architecturale détaillée Analyse et structuration Formalisation des modèles Résolution par Outils MAL’IN des contraintes solveur CSP du besoin Définition CDCF

Analyse et structuration Analyse du besoin Analyse du besoin Recherche de concepts Conception architecturale détaillée Méthodes et outils Livrables Analyse et structuration Organigramme technique Blocs diagrammes Analyse fonctionnelle Formalisation Lois d’évolution Modèles sémantiques Pistes de nouveaux produits Critères Qualification Qualification des pistes Qualification des critères Pistes et critères qualifiés Traitement Méthodes MAL’IN Cahier des charges fonctionnel

Analyse et structuration Recherche de concepts Analyse du besoin Recherche de concepts Conception architecturale détaillée Méthodes et outils Livrables Analyse et structuration Organigramme technique Blocs diagrammes Analyse fonctionnelle Formalisation Graphes substances/champs Modèles sémantiques Modèles Qualification Qualification des biais d’attaque Biais d’attaque qualifiés Traitement Outils de résolution MAL’IN Concepts

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

Design problem modelling Choice in reduced solution space Embodiment design of complex systems - A priori choices (concept, Design Variables, components…) - Trial and error mode  iterations  Classical design process :  Decision support process : 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) Design problem modelling Choice in reduced solution space 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 BENEFITS ▪ No design space area dismissed ▪ Identification of DV relevant values and of interesting design configurations "Robustesse" ▪ contraintes floues ▪ performance produit  situation de vie ▪ prise en compte incertain: intervalles

Résolution du problème global : solveurs Solveurs ensemblistes évolutionnaire Solveurs ensemblistes CE V4.1 ELISA Solveur ensembliste CE V3.1 4 thèses (2000-2008) Solveur ensembliste CE V3.0

Domaines d’application : Systèmes de conditionnement d’air BOOTSTRAP Configurations existantes Investigations

Domaines d’application : Systèmes de conditionnement d’air BOOTSTRAP

Projets et consortiums ERT IMPACT: Etage haute pression turbomoteur (TURBOMECA, TREFLE, LMP, LAMEFIP) Modelisation: Thermodynamique Thermo-mécanique Mécanique des fluides Tolérancement Cahier des charges 4 thèses (2004-2011) Eolien: (VALOREM, ENSAM-Meknès) Evaporateurs flash: (LURTON, IMECA licence exclusive 2007) Cahier des Charges Pompes à vide Condenseurs Chambre Separat. Pompe d’extraction Environnement Cahier des Charges 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Low speed shaft Gearbox High speed shaft Generator Brake Environnement Rotor Nacelle Réseau Electrique 2 thèses (1998-2006) Mât 2 thèses (1999-2006)

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

Intégration de l’humain en conception sensoriel tttt En cours ou à venir Intégration de l’humain 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 l’industrialisation en conception Solveurs maîtrisés, modélisation centrée homme

A framework for the reliable exploration of solution spaces in preliminary design LEDOUX Y. yann.ledoux@u-bordeaux1.fr UMR CNRS 8508

2. Preliminary design phases The key points: Expression of the design problem 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… Processing Post processing

3. The reliability Influence in the preliminary design model

4. Different integration levels Through preliminary design phases 2. Integrated in the design model 3. Integrated into the research 1. A posteriori 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

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

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

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

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)

ERT TURBOMECA-TREFLE Axes de travaux 2008 tttt ERT TURBOMECA-TREFLE Axes de travaux 2008 Etude de la partie statique de la THP Analyse de l’existant : Distributeur DHP et Support d’anneau SATHP Etude de l’étanchéité des joints standards Spécification fonctionnelle Approche fiabiliste du jeu stator/rotor Pratique de conception pour l’instrumentation des THP ERT IMPACT Les 2 protagoniste pour tenter de maitriser ce jeu -> axe des travaux de l’ERT SUITE : Comment, compte tenu du contexte, il a été choisi d’aborder cette Thématique 23 23

Problématique : défaillance du turbomoteur ERT TURBOMECA-TREFLE Approche fiabiliste du jeu fonctionnel de turbomachine d’hélicoptère tttt Problématique : défaillance du turbomoteur Visualisation du jeu fonctionnel entre l’extrémité des aubes et les secteurs d’anneau Turbomachine Température maxi ≈ 1700°C N ≈ 50 000 tours/min 1 clic pour lancer le looping 1 clic pour la formule du jeu Le jeu stator / rotor ? -> environnement Turbo De part la répercussion de ce jeu sur la machine on peut parler de risque de défaillance. On peut dire que ce risque dépend du jeu qui lui même est fonction.. SUITE : OBJECTIF Cas 1 : Risque de TOUCHE ! Jeu<0 mm 2 scénarios de défaillance Cas 2 : Perte de rendement ! Jeu > 0.7mm 24

Problématique : défaillance du turbomoteur Jeu est fonction de : la géométrie (positions liaisons, défauts) situation de vie (démarrage, accélération ….) phénomènes thermomécaniques, vieillissement, … Bilan 2007-2008 Jeu = f (géométrie) Probabilité de valeur de Jeu Modèle géométrique Paramètres Variables Aléatoires Possible de quantifier la probabilité de défaillance !

Approche fiabiliste Mise en place d’un modèle géométrique du jeu tttt Approche fiabiliste Modèle géométrique Paramètres Variables Aléatoires Jeu=f(paramètres) Ecart type Moyenne Bornes Définition des fonctions d’état G Résultats fiabilistes Probabilité de défaillance (Pf) si G < ou =O Sensibilité des paramètres Mise en place d’un modèle géométrique du jeu Prise en compte : - écarts entre les surfaces nominales - jeu des liaisons - dimensions du modèle Analyse fiabiliste de l’architecture existante de THP - élasticités : hiérarchisation des paramètres - quantification des dérives SUITE : Comment définir ces Bornes ? 26