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ÉVITER LES ERREURS EN AVAL ET LES PERTURBATIONS LORS DE LA CONCEPTION

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RÉSOUDRE LE COMPROMIS DES CALCULS TECHNIQUES ...

  1. 1. Les calculs constituent un des piliers de la conception. Pourtant, pendant de nombreuses années, les ingénieurs ont dû faire des compromis en matière de logiciels de calcul. Heureusement, une nouvelle génération de logiciels spécialement destinés aux formules techniques est arrivée sur le marché. Avec des conséquences majeures pour les utilisateurs et les équipes. RÉSOUDRE LE COMPROMIS DES CALCULS TECHNIQUES ÉVITER LES ERREURS EN AVAL ET LES PERTURBATIONS LORS DE LA CONCEPTION Publié par :
  2. 2. RÉSOUDRE LE COMPROMIS DES CALCULS TECHNIQUES 2page Différence entre les ingénieurs et les fabricants Face à l’imposant Maker Movement, insufflé par l’idée selon laquelle chacun peut inventer et fabriquer un produit, il semble judicieux d’effectuer la distinction entre les ingénieurs et les fabricants, vous ne croyez pas ? Une différence au moins saute aux yeux. Les fabricants font confiance à la créativité, à l’itération et à la chance pour mettre le doigt sur des conceptions efficaces. Les ingénieurs aussi, mais leurs décisions reposent davantage sur des prévisions de performances que sur le facteur chance. Pour faire simple : il s’agit plus de prévoir les choses. Et cette différence majeure provient essentiellement des calculs techniques. Par le passé, les ingénieurs effectuaient leurs calculs sur des carnets papier, lesquels débordaient souvent d’équations accompagnées d’esquisses, de notes et d’images. Bien entendu, beaucoup d’eau a coulé sous les ponts depuis. L’équipe d’ingénierie a été rattrapée par la révolution numérique, à l’instar des autres départements. Cette tourmente a laissé place à deux types de logiciels de calcul : les feuilles de calcul et les solutions de modélisation mathématique. Pourtant, aucun de ces logiciels n’est capable de maîtriser la volatilité inhérente au travail d’ingénierie. Et cela a de graves répercussions tant au niveau de l’entreprise que des ingénieurs. Il y a cependant des raisons d’espérer. Des applications logicielles dédiées aux calculs techniques existent. Que permettent-elles précisément ? Ressemblent-elles aux anciens carnets d’ingénierie ? Quelles sont les incidences pour l’entreprise ? C’est précisément ici que notre livre électronique entre en jeu. Nous vous proposons d’en découvrir plus sur les besoins des ingénieurs en termes de calcul, sur les compromis technologiques auxquels ils font face, mais aussi sur les nouveaux outils à leur disposition et leur impact au niveau de l’équipe et de l’utilisateur.
  3. 3. RÉSOUDRE LE COMPROMIS DES CALCULS TECHNIQUES 3page Les calculs, piliers de l’ingénierie Il n’y a pas de doute, les calculs jouent un rôle essentiel dans le domaine de l’ingénierie lorsqu’il s’agit de prévoir les performances. Mais comment les utilise-t-on exactement ? Examinons quelques cas d’emploi avant de nous pencher sur les fonctions de calcul offertes par les logiciels actuels. Faisabilité conceptuelle et études de marché Avant de créer des modèles 3D CAO, les ingénieurs déterminent la faisabilité des nouveaux concepts de produit grâce à des calculs rapides et détaillés. En plus de faciliter la prise de décisions, ces calculs leur permettent de faire une analyse comparative de plusieurs paramètres ou caractéristiques d’une idée avant de passer à la phase de conception détaillée. Prise de décisions et dimensionnement lors de la conception détaillée Lors de la conception détaillée, les ingénieurs se livrent à divers calculs afin de peaufiner le produit. Ils sélectionnent les composants, qui affecteront physiquement la forme, l’ajustement et la fonction de la conception. Les calculs leur servent également à dimensionner les pièces et assemblages dans l’espace. Ces opérations interviennent souvent en parallèle de la création d’un modèle 3D CAO. Validation des performances avant test Même si la conception a déjà atteint un stade de maturité relativement avancé, les ingénieurs ont besoin de vérifier son bon fonctionnement. À ce stade, ils disposent souvent de modèles CAO dont les informations peuvent être réutilisées pour les calculs. C’est également l’occasion pour eux de garantir le respect des exigences et leur traçabilité.
  4. 4. RÉSOUDRE LE COMPROMIS DES CALCULS TECHNIQUES 4page Les outils de calcul : un compromis inéluctable Deux choix seulement s’offrent aux ingénieurs en matière de logiciels de calcul : les feuilles de calcul ou les solutions de modélisation mathématique. Examinons précisément chaque alternative, avec les inconvénients que cela représente. Les feuilles de calcul, le piège de la conversion Les tableurs, au même titre que les outils de documentation et de présentation, figurent parmi les logiciels les plus répandus dans le monde de l’entreprise. Il ne faut pas se leurrer : les ingénieurs utilisent chaque jour les tableurs pour effectuer des calculs. Pourtant, le langage employé par ces feuilles de calcul technique pose problème. Vous êtes perplexe ? Éclaircissons le propos par une question. Sur quoi se basent les calculs techniques ? Sur le langage mathématique. Les ingénieurs définissent des variables, puis les intègrent dans des équations. Ils utilisent des opérateurs mathématiques, comme des intégrales et des fonctions, représentés par des symboles propres aux calculs et aux équations différentielles. Mais comment ajouter des calculs dans les feuilles ? Grâce à une technique assimilable à un langage de programmation. Le principe consiste à utiliser des opérateurs mathématiques basés sur du texte (et non sur des symboles spéciaux) et à référencer des cellules spécifiques (au lieu de variables). Mais cette solution n’est pas sans inconvénients pour les ingénieurs. Conversion au vol : lors de l’ajout de calculs dans les feuilles, les ingénieurs sont obligés de convertir leurs formules mathématiques dans le langage de programmation du tableur. Cette étape supplémentaire entraîne alors un risque d’erreur. Masquage des informations dans la cellule : une fois le calcul ajouté dans une cellule, seul le résultat s’affiche, la formule étant quant à elle masquée. L’ingénieur doit sélectionner la cellule pour voir le calcul dans le langage du programme, puis convertir de nouveau l’information en langage mathématique. Traitement incorrect des unités : les ingénieurs ont l’habitude de combiner des variables dans diverses unités. Les feuilles de calcul permettent d’attribuer des unités aux valeurs des cellules. En revanche, elles ne savent pas les interpréter. Résultat : lorsqu’un ingénieur ajoute une valeur en millimètres à une valeur en pouces, la feuille exécute le calcul, bien que le résultat soit mathématiquement insensé. Cela peut alors entraîner des erreurs de conception désastreuses. Ajoutons, enfin, que les tableurs s’adressent à tout type d’utilisateur et d’application générique. Ce qui implique des opérations supplémentaires de conversion entre le langage mathématique et le langage de programmation. En plus d’être chronophages, ces étapes peuvent être source d’erreurs et affecter les processus de développement de produits en aval.
  5. 5. RÉSOUDRE LE COMPROMIS DES CALCULS TECHNIQUES 5page La modélisation mathématique, chasse gardée des experts Moins connus bien que plus puissants, les outils de modélisation mathématique constituent une autre alternative pour les calculs techniques. Ils offrent des fonctionnalités largement plus avancées que les feuilles de calcul et permettent de représenter des phénomènes et des comportements complexes. Ce type de logiciels sert à développer des algorithmes sophistiqués employés de manière répétitive dans des domaines spécialisés, tels que les prévisions financières, les simulations génétiques et bien plus encore. Là encore, la méthode de calcul s’apparente à un langage de programmation, toutefois bien plus complexe que celui des feuilles de calcul. C’est la raison pour laquelle ces logiciels sont réservés aux véritables spécialistes, comme les scientifiques et les mathématiciens. Difficile alors pour les ingénieurs d’utiliser ces outils, car l’effort nécessaire pour devenir opérationnel et maîtriser au jour le jour les logiciels est bien trop énorme. Le fait également que ces outils ne s’intègrent pas avec les logiciels CAO ou les autres outils d’ingénierie freine leur utilisation lors des phases de conception détaillée ou de validation du développement de produits. Un choix déplaisant Pour résumer, les ingénieurs se heurtent à un choix simple et pourtant déplaisant en matière de logiciels de calcul. En théorie, les deux solutions peuvent offrir satisfaction. Pourtant, impossible d’utiliser le langage mathématique, que ce soit pour ajouter ou représenter des formules. Pour être tout à fait honnête, cela revient à choisir entre la peste et le choléra. Enfin, jusqu’à présent.
  6. 6. RÉSOUDRE LE COMPROMIS DES CALCULS TECHNIQUES 6page Logiciels de calcul technique Ces dernières années, un troisième type d’outil a vu le jour : il s’agit des logiciels de calcul technique. Spécialement conçus pour les ingénieurs et pour les domaines de la conception et du développement de produits, ces logiciels se démarquent à bien des égards. Langage mathématique natif Le langage mathématique natif : telle est la première caractéristique, sans doute la plus importante, des logiciels de calcul technique. Les ingénieurs définissent directement les variables qui seront intégrées à leurs équations. Ils élaborent ensuite les formules à l’aide d’opérateurs mathématiques utilisés pour les calculs et les équations différentielles. Plus question de fonctions de programmation devant être ensuite converties. Les variables définies sont référencées, à la place des cellules. La présentation des formules constitue un autre point fort des logiciels de calcul technique. Les formules ne sont pas masquées dans les cellules des feuilles de calcul ni représentées dans un langage de programmation. Elles sont affichées sous une forme facilement reconnaissable, comme si elles avaient été écrites sur papier. L’intention de conception est ainsi parfaitement limpide. Ce processus, plus naturel et familier, simplifie les équations et réduit le risque d’erreurs, qui pourraient entraîner des problèmes de conception. En outre, les autres ingénieurs peuvent vérifier rapidement et facilement les formules, en faisant l’économie d’une phase de conversion sans valeur ajoutée. Interprétation des unités et intelligence Les logiciels de calcul technique se caractérisent également par leur capacité à interpréter l’unité de chaque nombre et variable, quelle que soit l’équation. Examinons le scénario suivant : vous souhaitez ajouter une valeur en pouces et une autre en millimètres, puis obtenir le résultat en mètres. Après avoir converti automatiquement chaque valeur saisie dans des unités semblables, le logiciel convertit le résultat dans l’unité voulue. Et ce n’est pas tout. Si vous essayez d’ajouter une valeur en mégapascals (unité de pression) et une valeur en newtons (unité de force), l’erreur d’incompatibilité vous est signalée. Somme toute, cette intelligence et cette capacité à interpréter les unités protègent encore davantage contre les erreurs de conception. C’est le logiciel qui gère les unités à votre place.
  7. 7. RÉSOUDRE LE COMPROMIS DES CALCULS TECHNIQUES 7page Intégration étroite avec les applications CAO L’intégration avec les applications CAO permet d’ajouter des équations en utilisant comme variables des paramètres, des cotes ou des mesures issus du modèle 3D. Et que se passe-t-il lorsque le modèle 3D change ? Voilà un autre aspect important de l’intégration : les valeurs sont mises à jour dans les équations. À mesure que les ingénieurs retouchent le modèle 3D pour en étudier différentes itérations, les formules sont automatiquement actualisées. Une associativité grandement appréciée compte tenu du caractère chaotique de la conception. Autre avantage : pour boucler la boucle, les ingénieurs peuvent répercuter, sur le modèle CAO, les modifications apportées aux calculs techniques. Cela leur permet d’élaborer et d’optimiser des plans d’expériences en s’aidant de formules, les résultats étant par la suite renvoyés vers le modèle CAO. Standardisation et réutilisation des calculs Lors de la conception, les ingénieurs effectuent des calculs uniques adaptés à un produit ou une application spécifique. Le gros du travail consiste cependant à étudier des variations infimes ou très similaires de certaines caractéristiques ou mesures de performances. Dans ce contexte, les logiciels de calcul technique ont un atout de taille, car ils permettent d’enregistrer, puis de réutiliser des sous-ensembles ou des formules complètes. Inutile alors pour les ingénieurs de recréer ce qui a déjà été fait. L’entreprise, quant à elle, peut définir et appliquer des standards et des bonnes pratiques en matière de calculs. Tracés, images et textes intégrés Les calculs ne se résument pas aux mathématiques. Les ingénieurs ont l’habitude de les accompagner d’annotations imagées et textuelles faisant office de notes et de documentation. Il leur faut, en outre, représenter graphiquement les résultats de leurs équations, en tenant souvent compte des variations au niveau des caractéristiques de conception. Les logiciels de calcul technique permettent d’insérer ces informations à côté des formules, pour une meilleure lisibilité et un rendu plus visuel.
  8. 8. RÉSOUDRE LE COMPROMIS DES CALCULS TECHNIQUES 8page Incidences au niveau individuel et collectif Jusqu’à présent, nous avons largement insisté sur les besoins techniques des outils de calcul, sans mentionner leurs avantages et bénéfices pour l’entreprise et pour les équipes. Penchons-nous à présent sur ce sujet ô combien important. Gains de temps et d’argent, produits réussis Comment les calculs techniques peuvent-ils impacter favorablement l’entreprise ? Les avantages, bien que multiples, découlent d’un seul et même constat. Grâce aux calculs réalisés de façon plus régulière et plus précise, les ingénieurs prennent de meilleures décisions, qui influent à différents niveaux : Réduction des coûts et retards induits par les erreurs : en prenant de meilleures décisions, les ingénieurs parviennent à réussir d’emblée. Cela permet d’éviter les erreurs survenant généralement en aval et impliquant des ordres de modification, et plusieurs cycles de prototypage, mise au rebut et reprise. À la clé, des économies en termes de budget et de temps. Amélioration des conceptions : des décisions plus judicieuses permettent d’atteindre la perfection, au lieu de se contenter d’élaborer une conception qui fonctionne. Il en découle des produits compétitifs capables de s’imposer sur le marché. L’entreprise a une véritable carte à jouer en améliorant la vitesse et la précision des calculs. Dans un environnement hyperconcurrentiel, elle doit pouvoir tirer profit du moindre avantage qui s’offre à elle. Horaires de travail classiques, travail accompli Une fois identifiés les bénéfices d’un type de logiciel, l’essentiel consiste ensuite à en examiner l’impact sur l’entreprise. Dans le cas des logiciels de calcul technique, la liste d’avantages est longue, tant pour l’ingénieur que pour l’équipe. Rééquilibrage du rythme de travail : les erreurs de conception sont la hantise des ingénieurs. Si un ordre de modification arrive alors que le produit est sur le point d’être lancé, c’est toute leur journée qui est perturbée. Les ingénieurs doivent alors mettre en attente les projets en cours et se reconcentrer sur une conception datant de plusieurs mois. Bien souvent, il leur faut aussi travailler jusqu’à ce que le problème soit résolu, même la nuit ou le week-end. En effectuant plus régulièrement des calculs plus précis, les ingénieurs sont mieux armés pour éviter d’emblée ces erreurs, ainsi que les perturbations qui vont avec au niveau de la conception. Ce sont autant de nuits et de week-ends épargnés. Recentrage sur l’ingénierie : méditons sur une question. Combien d’ingénieurs ont embrassé ce métier dans l’ambition de programmer des feuilles de calcul ou de concevoir des modèles mathématiques ? Très peu. La profession d’ingénieur consiste à concevoir des produits. En créant des équations et en interagissant avec elles de façon plus naturelle, l’ingénieur peut se recentrer sur son poste, au lieu de s’efforcer de maîtriser les feuilles de calcul. En définitive, les logiciels de calcul technique bénéficient à l’ingénieur, tant au niveau personnel que professionnel.
  9. 9. RÉSOUDRE LE COMPROMIS DES CALCULS TECHNIQUES 9page Chad Jackson est analyste en chef chez Lifecycle Insights et co-présentateur de l’événement Tech4PD. Ses recherches et ses écrits portent sur les logiciels permettant d’optimiser l’ingénierie en général. Vous pouvez l’appeler au numéro suivant : (512) 284-8080. Vous pouvez aussi lui envoyer un message électronique, ou lui laisser un message sur Twitter ou LinkedIn. Récapitulatif et conclusion Dans ce livre électronique, nous avons abordé toute une série de sujets concernant l’ingénierie et les calculs. Voici une synthèse. Les calculs, piliers de l’ingénierie Les ingénieurs s’appuient sur des calculs pour évaluer les performances des produits au cours de différentes phases du processus de développement : Faisabilité conceptuelle et études de marché Prise de décisions et dimensionnement lors de la conception détaillée Validation des performances avant test Les outils de calcul : un compromis inéluctable Deux choix s’offrent aux ingénieurs en matière de logiciels de calcul : les feuilles de calcul et les solutions de modélisation mathématique. Les deux posent problème, dans la mesure où ils reposent sur une espèce de langage de programmation au lieu du langage mathématique. Il existe donc un risque d’erreur ou de mauvaise utilisation. Logiciels de calcul technique Ces dernières années, un troisième type d’outil a vu le jour : il s’agit des logiciels de calcul technique. Ces outils présentent quatre caractéristiques majeures : Langage mathématique natif Interprétation des unités et intelligence Intégration étroite avec les applications CAO Standardisation et réutilisation des calculs Incidences au niveau individuel et collectif En matière d’élaboration de formules, les logiciels de calcul technique offrent maints avantages par rapport aux autres solutions. Voici des exemples : Les bénéfices pour l’entreprise découlent de l’avancée suivante : en réalisant des calculs de façon plus fréquente et plus précise, les ingénieurs sont en mesure de prendre de meilleures décisions. Cela se traduit par moins d’erreurs coûteuses et par des conceptions mieux réussies. Chaque ingénieur, à son niveau, tire également son épingle du jeu. En effectuant plus régulièrement des calculs plus précis, il est mieux armé pour éviter les erreurs, ainsi que les perturbations qui vont avec au niveau de la conception. Ses nuits et ses week-ends sont ainsi épargnés. En outre, il peut se concentrer sur la conception proprement dite, au lieu de programmer des feuilles de calcul ou des modèles mathématiques. Les calculs ont toujours été, et resteront sans doute, au cœur du métier d’ingénieur. Mais dorénavant, rien n’empêche de gagner en rapidité et en efficacité. Pour en savoir plus sur les logiciels de calcul technique, consultez le site PTC Mathcad. En partie avec le soutien de PTC, tous les concepts et les idées ont été développés indépendamment, © 2012 LC-Insights LLC.

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