la conception assistÉe par ordinateur

8/7/2019 LA CONCEPTION ASSISTE PAR ORDINATEUR

1/8

CHAPITRE 1LA CONCEPTION ASSISTE PAR ORDINATEUR

Il est prvu que linformatique sera pour

le travail intellectuel ce qua t lemoteur pour le travail manuel

1.1 INTRODUCTIONIl y a quelque 2000 ans, Archimde a dit : Donnez-moi un levier et un point d'appui et je soulverai laterre . Sur cette ide repose toute la mcanisation du travail manuel. Il proposa de donner un levier nosmuscles permettant ainsi d'en multiplier la force. Il aura fallu deux millnaires pour que les connaissances

et la matrise technologique de l'homme soient suffisamment avances pour permettre de mettre enpratique cette ide et de la gnraliser toutes les activits ou tches manuelles.

On a alors assist ce qui est convenu d'appeler la rvolution industrielle qui a consist exploiter cette

ide par la mise au point de machines de toutes sortes comme autant de leviers pour le travail manuel.Le tout a t accompagn d'investissements massifs dans ces machines ou quipements, rsultant dansune hausse trs forte de la productivit. Par exemple, on cite dans le domaine agricole des investissements

de l'ordre de 70,000$/ouvrier. Ceci a permis le passage dans le monde occidental, de socitsagraires(moyen ge) o toute fin pratique, l'ensemble de la population se consacrait la production denourriture, une socit industrielle. Avec la mcanisation, nous observons que le pourcentage de la

population agricole est de 3% 6%, selon les pays, tmoignant de la hausse de la productivit dcoulantde cet investissement. La main-d'oeuvre ainsi disponible a t utilise pour la production de biensmanufacturs.

De faon analogue, les investissements dans le domaine industriel de l'ordre de 20,000$/ouvrier ontgalement hauss la productivit de ces travailleurs. (Curieusement, on remarque que cet investissementest infrieur celui dploy dans l'agriculture). De manire qu'aujourd'hui, le pourcentage de la

population active dans la production de biens de consommation est aux environs de 40%. On note doncune assez grande marge d'amlioration dans ce secteur, et il n'est pas interdit de prdire qu'avec uninvestissement quivalent celui consacr au domaine agricole, on puisse hausser la productivit de

l'industrie manufacturire et rduire le pourcentage de la population affecte ce secteur. L encore, lamain-d'oeuvre libre est absorbe par le secteur des services dont la part de la population active estpasse de 5 % au dbut du sicle 35 % de nos jours. Dans ce secteur, l'investissement est encore trs

faible et se situe aux environs de 3000$/travailleur.

Pour raliser les hausses de productivit, il faut que deux conditions soient runies. D'abord que latechnologie existe et ensuite que le cot de la machine soit suffisamment abordable pour qu'il soit


2/8

1.2 Chapitre 1

rentable de remplacer le travailleur par des machines. Dans le cas de l'agriculture, ces conditions sont

ralises et il ne reste que des amliorations marginales possibles au niveau de la mcanisation. Lesprogrs viendront surtout de la biotechnologie. Dans le domaine industriel, il reste une marge demanoeuvre largement inexploite et on assistera des hausses de productivit (et des investissements

ncessaires ) lorsque la technologie permettant ces gains deviendra disponible. On songe surtout larobotique et la fabrication assiste par ordinateur pour ce domaine d'activit.

Ces domaines sortent du cadre de cette prsentation qui est plus prcisment sur la conception assiste par

ordinateur, activit que l'on peut cataloguer dans le secteur des services.

Dans ce secteur, les cots sont en trs grande partie relis aux salaires, dans des proportions variant entre70 % pour un bureau d'tudes d'ingnieurs 85 % pour un hpital. Ces chiffres en font donc une cible

idale pour remplacer la main-d'oeuvre par des machines. Or l'investissement dans ce secteur est trsfaible, de l'ordre de 2000$/travailleur. La raison est trs simple, jusqu' prsent, la technologie permettantde hausser la productivit dans ce secteur n'tait pas disponible. Cependant, depuis quelques annes, nous

avons assist au dveloppement et la mise en march d'quipements essentiellement de natureinformatique pour l'automatisation du travail de bureau. Ces quipements regroups sous le vocable debureautique s'appliquent dans ce premier assaut du domaine des services, aux tches les plus monotones

et rptitives, et qui se prtent particulirement bien la mcanisation. Par exemple, la comptabilit, letraitement de texte, la mise en fiches et le classement, et certaines fonctions de gestion.

Dans le domaine du gnie, sont apparus les quipements de dessin assist par ordinateur permettant de

raliser, pour ce type de tches, des gains de productivit apprciables. Pour ces activits essentiellementde nature clricale, la technologie est disponible et grce aux progrs rcents, des cots abordables. Ds

lors les applications et les bnfices sont immdiats. Mais que peut-on esprer (ou craindre) dans letravail intellectuel, secteur de services par excellence? Est-il possible de concevoir des machines quicomme le levier permettront de multiplier la capacit du cerveau?

On songe ici ces fonctions qui ncessitent jugement, imagination, prise de dcision, analyse et intuition.

On peut facilement prvoir les ractions des professionnels, forts de leur formation, se sentant l'abri deces vulgaires machines qui la croyance populaire octroie les plus grandes gaffes et auxquelles on veutbien accorder le statut de puissants nigauds. Non vraiment, ce n'est pas demain qu'on pourra automatiser

leur noble profession. Comment pourra-t-on doter ces machines de ces caractristiques humaines qui lesdistinguent et mettent un rempart entre eux et les autres travailleurs ? Force nous est de constater un

certain poids ces arguments. Cependant, il existe des ordinateurs capables de battre aux checs non pasun matre mais un trs bon joueur, de poser des diagnostiques mdicaux passables dans certainessituations, d'entretenir une conversation du style rencontre-dans-une-salle-d-attente. Ces insuccs(russites) indiquent tout simplement que la technologie n'est pas encore prte et que l'automatisation du

travail intellectuel se fera progressivement.


3/8

La conception assiste par ordinateur 1.3

On abordera d'abord les tches rptitives (calculs), les fonctions exigeant une grande mmoire

(catalogue, annuaires tlphoniques), et l'analyse et le classement (problmes se formulantmathmatiquement). Dans cette premire tape l'ordinateur s'allie l'homme, il devient une extension dela mmoire de celui-ci, et de son cerveau pour ce qui a trait des menues tches. Il est assez naturel que

les sciences et en particulier, le gnie soient les premiers domaines d'applications. Cependant, dans lesdomaines tels que la musique, la mdecine, le droit, de tels liens sont galement en voie dedveloppement. Le pari de l'industrie occidentale est que l'informatique sera l'lment pour restructurer

l'appareil productif de nos socits no-industrielles caractrises par la prdominance du secteur tertiaire.

1.2 LA CONCEPTIONLa recherche d'une dfinition de la conception assiste par ordinateur est un exercice plutt futile, et nous

avons prfr une explication plus proche du vcu du travail de l'ingnieur. Il s'agit d'imaginer, deformuler des solutions pour remplir des fonctions bien dfinies l'intrieur d'un ensemble de contraintes.

Gnralement, l'atteinte d'une solution (d'un design) n'est pas directe sauf pour des problmesextrmement simples. Le processus est plutt itratif tel qu'illustr la Figure 1.1. De faon simpliste, on

distingue d'abord le choix d'un modle reprsentant le phnomne physique du problme. Ensuite, unpremier dsign est labor et, on vrifie si les contraintes sont satisfaites. On modifie le design et on

rpte jusqu' ce que le design vrifie les contraintes.

On peut dcrire la conception ou le design comme un processus itratif au cours duquel un objet est conuet modifi afin qu'il puisse remplir des fonctions bien dfinies et se conformer un ensemble de

contraintes.

On identifie plusieurs tapes dans cette dmarche:

i) cration d'un modle de l'objet,

ii) analyses, essais et simulation,iii) construction de prototypes,iv) modifications,

v) ralisation de l'objet.

quelques variantes prs dans l'enchanement de ces tapes, la mthodologie est la mme que l'objet, soitun barrage, un circuit lectrique, une pice mcanique, etc.

Autres caractristiques communes l'ensemble des activits de conception sont les moyens ou mdiautiliss par le concepteur:

i) outils analytiques - formules empiriques et quations issues de modles mathmatiques. Ceux-ci

sont utiliss aussi bien lors de la cration d'un modle, lors de son analyse, ou des modifications;


4/8

1.4 Chapitre 1

ii) information - proprits et caractristiques de toutes sortes, design antrieurs, etc. Ces informations

auxquelles l'ingnieur fait appel sont contenues dans des manuels, dans sa propre mmoire, dans desplans, etc. Leurs formes sont varies : chiffres, graphiques, textuelles. On a recours aux informationsgalement toutes les phases du processus de conception;

iii) communication - l'ingnieur doit communiquer ou consacrer les rsultats de son travail l'une oul'autre des phases. Par exemple, il lui faut communiquer la forme du modle pour la ralisation d'unprototype, ou bien les rsultats d'un calcul de contraintes pour raliser certaines modifications. Les

modes de communication sont graphiques, chiffrs ou bien textuels.

Figure 1.1 La conception.

Pris sparment, ces aspects donnent lieu des activits quantitatives ( ou non cratives) et des activitsqualitatives (cratives). L'aspect cratif de l'activit de design se manifeste videmment lors de la crationd'un modle, mais galement tout au long du cheminement, c'est--dire dans le choix d'une mthode de

calcul plutt qu'une autre, l'appel telle information ou l'interprtation d'un calcul, l'laboration d'une

modification la suite d'une simulation, etc. La coordination de toutes ces activits en fonction d'unobjectif et menant une ralisation est la processus de design.

1.3 LA CONCEPTION ASSISTE mesure que l'envergure et la complexit des projets augmentent, chacune des tapes et des moyens misen oeuvre deviennent plus labors et ncessitent une certaine spcialisation. Ainsi le concepteur ne peut


5/8


plus communiquer avec un technicien l'aide d'un dessin fait rapidement main leve au-del du stade

prliminaire. La ralisation des pices est telle que beaucoup d'information doit tre transmise de faoncomplte et non quivoque. Ceci a donn lieu au dessin industriel, c'est--dire la codification de lacommunication graphique. De faon semblable, on ne peut plus analyser les contraintes dans une pice

mcanique ou la rponse d'un circuit par une simple formule tire d'un manuel. On utilise plutt un calculnumrique par une mthode discrte tels les lments finis. Le concepteur communique au programme decalcul la gomtrie de la pice (ou la topologie du circuit) sous une forme codifie.

Donc chacune des tapes, le concepteur fait appel des "intermdiaires" qui restreignent, ralentissent etaugmentent le temps et le cot d'un design. Pire encore, alors qu'il travaille avec le mme objet, il lecommunique par diffrents mdias diffrents "intermdiaires" (dessins ou coordonnes chiffres).

On atteint donc le point o la coordination de ces activits dpasse la capacit d'un seul cerveau, et cecien grande partie cause de certaines fonctions secondaires caractre non cratif. Heureusement, cesfonctions sont de nature quantitative et peuvent tre confies des auxiliaires (dessinateurs,

programmeurs) et librer le concepteur pour les tches qualitatives qui sont du niveau de ses aptitudes etde sa formation. On atteint ainsi la conception assiste dont la nature n'a pas chang. Seulement certainesmodalits ont t modifies.

On peut schmatiser cette structure comme la Figure 1.2. Il est important de maintenir une bonneproportion entre les tches cratrices et non cratrices. L'efficacit du processus global en dpend.

Figure 1.2 La conception assiste.

1.4 LA CONCEPTION ASSISTE PAR ORDINATEURLes exigences technologiques donnent lieu des projets complexes et qui rsultent en un morcellement

du travail. La proportion des tches quantitatives par rapport aux tches qualitatives augmente et cecijusqu'au point o elles inhibent le processus de conception. Dans un contexte de march, il est invitable


6/8

1.6 Chapitre 1

que l'on songe augmenter son rendement. Les exemples dans le pass industriel ne manquent pas o, par

des investissements massifs dans les machines et quipements, on a hauss trs substantiellement laproductivit des travailleurs. L'industrie se trouve vis--vis ses travailleurs intellectuels dans la mmesituation qu'au dbut du sicle avec les travailleurs manuels. Le pari des entreprises est que la CAO

permettra une hausse semblable de la productivit des ingnieurs.

Les progrs dans le domaine de l'lectronique mettent, la disposition de l'ingnieur, une puissance decalcul, de mmoire et de traitement norme et ceci bon march. D'autre part, la cration de logiciels

extrmement volus permet d'informatiser de nombreuses tches quantitatives du processus deconception tout en librant l'esprit pour les tches de jugement et dcisionnelles. On obtient alors un liensymbiotique utilisant au mieux les qualits de l'homme et de l'ordinateur. La division des tches entre

l'ingnieur et la machine n'est certes pas aise mais dj des systmes existants ont fait d'normes progrsvers une telle intgration. La faon dont le cerveau humain combine des donnes et fait appel desressources en fonction de certains objectifs est complexe et loin d'tre claire. La ralisation de cet objectif

constitue un des domaines d'avenir et sa matrise sera l'quivalent de la rvolution industrielle pour letravail intellectuel.

On utilise la capacit de calcul, de stockage et de traitement de l'ordinateur, allis aux capacits de

reconnaissances de formes, d'valuation, de jugement de situations complexes (conflictuelles) et lespossibilits de l'intuition de l'humain pour imaginer de nouvelles solutions.

Figure 1.3 La conception assiste par ordinateur.


7/8


Les avantages sont immdiatement apparus aux industriels et on a assist au cours des quelques dernires

annes une intgration de l'informatique dans les mthodes de calcul et de conception de l'ingnieur quipeut se schmatiser de la faon illustre la Figure 1.3.

1.5 AVANTAGES DE LA CAOSous l'effet de fortes pressions provenant de la comptition, de la conjoncture conomique, de diversescontraintes du public et des organismes gouvernementaux pour de meilleurs produits (et meilleurmarch), l'industrie est force de hausser la productivit du personnel technique. Il est vite apparu qu'

l'aide de l'informatique, des conomies apprciables sont possibles pour chacune des diffrentes phases duprocessus de design.

i) Cration d'un modle

l'aide des systmes CAO disponibles sur le march, la cration gomtrique d'un objet (pice, circuit,

etc.) est grandement facilite. On peut galement tudier l'objet sous divers angles et en tirer des copies volont diffrents niveaux de ralisme.

ii) Analyse

Les caractristiques de l'objet, une fois cr, sont immdiatement disponibles pour des programmesd'analyse ou de simulation (lments finis, vibrations, rponses en frquence..) et, en retour, l'usager

reoit les rsultats de ces calculs sous forme graphique pour valuer si l'objet est conforme aux

contraintes.

iii) Modifications

Suite l'analyse ou la simulation, des modifications sont faciles et rapides incorporer, au modleinformatique.

Avec un tel outil, il est possible d'envisager plusieurs solutions et de choisir la plus adquate. A titre

d'exemple, on cite dans l'industrie de l'automobile pour la mise au point d'un nouveau modle.

Il est vident que la CAO n'est qu'un outil, mais un outil qui modifie l'exercice de la profession de

l'ingnieur et permet de faire un meilleur travail. Par exemple, dans le domaine des structures, les

programmes d'analyses sont devenus trs prcis et complets de manire ce que le comportementd'lments telles les poutres, etc., peut tre analys avec beaucoup plus de fiabilit et de dtails qu'avecles formules empiriques utilises auparavant. Il est alors envisageable d'optimiser un design par

l'utilisation itrative de ces outils et de dceler des comportements qui ne seraient apparus que lors de laralisation du prototype (ou pire, lors du produit fini).

Cette approche est en vigueur depuis plusieurs annes dans les domaines de haute technologie (aviation,

nuclaire, lectronique ...) o les mthodes traditionnelles sont devenues dsutes. La progression de ces


8/8

1.8 Chapitre 1

mthodes avances de conception est rapide et moyen terme, elles seront utilises dans la plupart des

entreprises.

la conception assistÉe par ordinateur

Documents