Ardellier_Conception_méca_integration_GT14 - Indico

Report
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
Prospectives Irfu/IN2P3
Avril 2012
F. Ardellier
Plan de la présentation
1. Etat des lieux
2. Propositions d’orientations 2012-2020
a.
b.
Outils : logiciels de modélisation et simulation
Méthodologie
3. Conclusion
Prospectives Irfu/IN2P3
Avril 2012
F. Ardellier
Contexte : exigences
•
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
Prospectives Irfu/IN2P3
Avril 2012
Outils logiciels :
• Modélisation CAO
• Simulations numériques
Méthodologie
F. Ardellier
Etat des lieux 2012
Cycle de vie
produit
Magnétisme
Electronique
Environnement
spatial
Science des
matériaux
Conception
Thermomécanique
et Intégration
Radioprotection
Vide
Cryogénie
Assemblage
Intégration
Optique
Gestion des
interfaces
Prospectives Irfu/IN2P3
Avril 2012
F. Ardellier
3 domaines de compétences interdépendants
CAO 3D
Conception
thermomécaniques
et Intégration
SIMULATIONS
REALISATION - INTEGRATION / TESTS
Ingénierie
Prospectives Irfu/IN2P3
Avril 2012
F. Ardellier
CAO : outil de conception, dès la phase amont …
JLAB Hall B
Dès la phase amont :
Illustration : CLAS 12GeV
Hall B JLAB Central Tracker
 Implantation
 Définition des interfaces et partage
de lots
Tracjectographe
Tuile Micromegas courbée
Prospectives Irfu/IN2P3
Avril 2012
F. Ardellier
CAO : … outil d’échanges : support au processus itératif …
Contrôle commande
(Implantation, CEM, …)
Electroniciens
(dissipation thermique, CEM, …)
Electronique « Forward»
Servitudes
Intégration détecteurs,
Instrumentaliste (process, …)
Détecteurs « Barrel » (IRFU)
Simulations thermiques
Détecteurs « Forward » (IRFU)
CLAS12 GeV
Trajectograph
Tube porteur (USA)
Intégration détecteurs,
Instrumentaliste
…)
Simulations(process,
mécaniques
Electronique « Barrel » (IRFU)
Electroniciens, CEM …
Prospectives Irfu/IN2P3
Maîtrise d’œuvre
Avril 2012
F. Ardellier
CAO : … outil d’anticipation des scénarii d’assemblage et tests…
Préparation de la gamme de montage
du détecteur Micromegas
7. Métrologie
Prospectives Irfu/IN2P3
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CAO… préparation de l’installation sur site…
Prospectives Irfu/IN2P3
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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 » ?
Prospectives Irfu/IN2P3
Avril 2012
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Logiciel calculs
Logiciels utilisés
Objectifs
• Optimisation
thermomécanique au plus
proche des limites
• Respect des exigences
géométriques
• Mise en œuvre de
nouveaux matériaux
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)
• Certifications
Appareils sous pression
• Contraintes de coût et
ressources, d’ergonomie,
de délai…
CAST3M (CEA, accès au code) :
Prospectives Irfu/IN2P3
Calculs par éléments finis
SALOME : plateforme multi-physiques
OPEN SOURCE
(prétraitement/post traitement)
Avril 2012
F. Ardellier
Propositions d’orientations 2012 – 2020
1. Outils logiciels
a. Modélisation CAO et simulations
b. Echanges de données
2. Méthodologie
1. Liens avec l’industrie
2. Vers l’ingénierie concourante
Prospectives Irfu/IN2P3
Avril 2012
F. Ardellier
Etat des lieux 2012
Cycle de vie
produit
Magnétisme
Electronique
Environnement
spatial
Science des
matériaux
Conception
thermomécanique
et Intégration
Vide
Radioprotection
Cryogénie
Assemblage
Intégration
Optique
2012 : gestion des
interfaces
Prospectives Irfu/IN2P3
Avril 2012
F. Ardellier
Qualité
Prospectives 2012-2020
Vide
Coûts
Science des
matériaux
Conception
thermomécanique
et Intégration
Système
Prospectives Irfu/IN2P3
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F. Ardellier
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
•
CO2 diphasique
•
Microcanaux
Thermo-hydraulique
Mécanique des fluides
Prospectives Irfu/IN2P3
Matériaux Composites
Calculs multi-échelles
Avril 2012
Tribologie
Calculs multi-résolutions
F. Ardellier
Prospectives 2012-2020 : modélisation de systèmes intégrés
SIMULATIONS MULTIPHYSIQUES :
• Plateforme Open Source ?
• Produits commerciaux (Ansys, Comsol…)
Prospectives Irfu/IN2P3
Avril 2012
F. Ardellier
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 multiphysique : mécanique, thermohydraulique, mécanique des fluides,
neutronique, magnétisme ...
Prospectives Irfu/IN2P3
Avril 2012
F. Ardellier
Prospectives 2012-2020 : conception de systèmes intégrés
Motivations :
 Prendre en compte différentes disciplines dans un modèle intégré
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…)
Prospectives Irfu/IN2P3
Dépendance aux éditeurs
Accès aux licences recherches ?
Compatibilité ascendante (Catia V5) ?
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F. Ardellier
Tolérancement 3D
Apports :
 meilleurs échanges avec les industriels
 meilleure traçabilité
 risque d’erreurs réduit
Prospectives Irfu/IN2P3
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F. Ardellier
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
Prospectives Irfu/IN2P3
Avril 2012
F. Ardellier
Propositions d’orientations 2012 - 2020:
1. Outils logiciels
a. Modélisation CAO et simulations
b. Echanges de données
2. Méthodologie
1. Liens avec l’industrie
2. Vers l’ingénierie concourante
Prospectives Irfu/IN2P3
Avril 2012
F. Ardellier
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
Intégration modèle
global
Sous-traitance
Fabrication
Communication au sein
de l’équipe projet
Recommandations
• Coordination pour « standardiser » les
formats d’échange et mises à jour
• Partage d’outils collaboratifs (plateforme)
Prospectives Irfu/IN2P3
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Logiciel
Product Life
Management
Stratégie commune des labos
IRFU / IN2P3 pour négocier
F. Ardellier
Propositions d’orientations 2012 - 2020:
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 ?
Prospectives Irfu/IN2P3
Avril 2012
F. Ardellier
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 ?
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Avril 2012
F. Ardellier
Prospectives 2012-2020 : méthodologie
-Evaluer l’existant
Tests
calibrations
-Identifier au plus tôt les verrous (techno,
organisation, …) ou interdépendances
complexes
-Prendre en compte les complémentarités des
disciplines en amont
vers l’ingénierie concourante ?
Prospectives Irfu/IN2P3
Avril 2012
F. Ardellier
Conclusion
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.
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
Prospectives Irfu/IN2P3
Avril 2012
F. Ardellier

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