Analyse de TOlérances par Polyèdres Adaptatifs – AToPAd

Caractérisation de la variabilité géométrique tout le long du cycle de vie du produit. Simulation du comportement réaliste des assemblages et développement de nouveaux fondements pour le tolérancement multi-physique. Les développements théoriques et outils numériques mis en place dans le projet AToPAd seront validés sur des exemples tout d’abord de laboratoires, mais aussi sur des applications fournies par des partenaires industriels. Une des originalités de ce projet est que les outils développés seront partagés en open source. De plus, une bibliothèque CAO des systèmes utilisée pour qualifier les outils sera mise à disposition.

Un approfondissement des travaux de recherche en tolérancement géométrique et multi-physique a été proposé en considérant une représentation discrète et réaliste des formes (Skin Model Shapes), couplée à des méthodes d’analyse de tolérances à bases de modèles de polyèdres. À travers ce couplage innovant, le projet contribue : 1) À caractériser la variabilité géométrique tout le long du cycle de vie du produit. 2) À simuler le comportement réaliste des assemblages et à développer de nouveaux fondements pour le tolérancement multi-physique. Les développements théoriques et outils numériques mis en place dans le projet AToPAd seront validés sur des exemples de laboratoires, mais aussi sur des applications fournies par des partenaires industriels. Une des originalités de ce projet est que les outils développés sont partagés en open source. De plus, une bibliothèque CAO des systèmes utilisée pour qualifier les outils est mise à disposition. Des guides de conception préconisant l’acuité d’une modélisation nécessaire pour un système mécanique vis-à-vis d’une exigence fonctionnelle et d’un comportement attendu seront mis en place. Le projet contribue dans son ensemble au développement du jumeau numérique des assemblages mécaniques qui est un enjeu pour le volet numérique de l’usine du futur. Une première publication a été faite en Juin 2022 d'un outil open source de génération de Skin Model Shapes dans le composant SkinModel de la version 2.0.2 de l'application PolitoCAT.

Création d'une communauté d'utilisateurs autour de la plateforme open source du projet AToPAd.
Création d'une base d'exemples ouvertes.

Un CAT open source intégré basé sur Skin Model Shapes par Restrepo et al. présenté à la 17e conférence CIRP sur la tolérance assistée par ordinateur.
PolitoCAT v2.0.2 pour Windows64, un logiciel libre sous licence GNU LGPL, avec un noyau basé sur politopix et une interface graphique. Il s'agit de la première contribution au projet AToPAd.

Le développement des nouvelles méthodes de fabrication permet d’imaginer des produits innovants et optimisés avec des géométries et des architectures complexes et originales. Ces ruptures technologiques engendrées permettent de repenser la manière de concevoir et d’intégrer de nouvelles fonctionnalités.

La maîtrise de la variabilité géométrique des systèmes mécaniques repose sur la modélisation des tolérances dont le principal objectif est de qualifier la conformité d’un système mécanique au regard d’exigences fonctionnelles (jeu, affleurement, alignement, etc.) en fonction des variations géométriques des pièces constitutives.

Actuellement, nous sommes face à une rupture importante entre les fonctionnalités et capacités grandissantes des moyens de production et de métrologie alors que les outils de simulation de tolérances présentent de sérieuses limitations principalement à cause de la complexité des outils mathématiques à mettre en œuvre. Afin de combler ces écarts criants et d’obtenir des simulations réalistes du comportement des assemblages, il est impératif de lever les verrous à deux échelles :
• Au niveau de la pièce, pour intégrer un niveau de détails géométriques représentatifs des procédés d’obtention,
• Au niveau de l’assemblage, pour intégrer une architecture de contacts couplée à une loi de comportement représentative du fonctionnement d’un système mécanique.

À l’échelle de la pièce, l’intégration des défauts de forme augmente drastiquement la complexité de la modélisation des contacts. Cela conduit les outils d’analyse de tolérances à émettre des hypothèses appauvrissant les variations des pièces tout en se spécialisant sur des types d’architectures particulières (isostatique ou hyperstatique) avec ou sans gestion des mobilités du système intégrant ou non les déformations locales des surfaces en contact et la souplesse des pièces.

Au regard de la complexité des phénomènes physiques à prendre en compte, il est nécessaire de penser et développer une acuité adaptative de la modélisation d’un système par rapport aux exigences fonctionnelles à satisfaire.

Le projet AToPAd a pour objectif de lever ces verrous scientifiques notamment en développant à l’échelle de la pièce des outils de caractérisation des défauts de forme réalistes. L’intégration de ces défauts de forme doit être jumelée à la déformation des surfaces de contact. La simulation de ces défauts et déformations à l’échelle du mécanisme assurera la continuité entre ces différentes échelles et validera globalement leur performance.

Pour cela, un approfondissement des travaux de recherche en tolérancement géométrique et multi-physique est proposé en considérant une représentation discrète et réaliste des formes (Skin Model Shapes) développée par le LURPA couplée à des méthodes d’analyse de tolérances à bases de modèles de polyèdres réalisées au sein de l’I2M. À travers ce couplage innovant, le projet va contribuer :
• À caractériser la variabilité géométrique tout le long du cycle de vie du produit,
• À simuler le comportement réaliste des assemblages et à développer de nouveaux fondements pour le tolérancement multi-physique.

Les développements théoriques et outils numériques mis en place dans le projet AToPAd seront validés sur des exemples tout d’abord de laboratoires, mais aussi sur des applications fournies par des partenaires industriels. Une des originalités de ce projet est que les outils développés seront partagés en open source. De plus, une bibliothèque CAO des systèmes utilisée pour qualifier les outils sera mise à disposition. Des guides de conception préconisant l’acuité d’une modélisation nécessaire pour un système mécanique vis-à-vis d’une exigence fonctionnelle et d’un comportement attendu seront mis en place.
Le projet contribuera dans son ensemble au développement du jumeau numérique des assemblages mécaniques qui est un enjeu pour le volet numérique de l’usine du futur.