La conception assistée par ordinateur (CAO) consiste à créer des modèles informatiques définis par des paramètres géométriques. Ces modèles apparaissent généralement sur un écran d'ordinateur sous la forme d'une représentation tridimensionnelle d'une pièce ou d'un système de pièces, qui peut être facilement modifié en modifiant les paramètres pertinents. Les systèmes de CAO permettent aux concepteurs de visualiser des objets sous une grande variété de représentations et de tester ces objets en simulant des conditions réelles.
La fabrication assistée par ordinateur (FAO) utilise des données de conception géométrique pour contrôler les machines automatisées. Les systèmes de FAO sont associés à des systèmes à commande numérique par ordinateur (CNC) ou à commande numérique directe (DNC). Ces systèmes diffèrent des anciennes formes de commande numérique (CN) en ce que les données géométriques sont codées mécaniquement. Étant donné que la CAO et la FAO utilisent des méthodes informatiques pour le codage des données géométriques, il est possible que les processus de conception et de fabrication soient hautement intégrés. Les systèmes de conception et de fabrication assistés par ordinateur sont communément appelés CAD/CAM.
LES ORIGINES DE LA CAD/CAM
La CAO a ses origines dans trois sources distinctes, qui servent également à mettre en évidence les opérations de base fournies par les systèmes de CAO. La première source de CAO résultait de tentatives d'automatisation du processus de dessin. Ces développements ont été lancés par les laboratoires de recherche de General Motors au début des années 1960. L'un des avantages importants de la modélisation informatique par rapport aux méthodes de dessin traditionnelles en termes de gain de temps est que la première peut être rapidement corrigée ou manipulée en modifiant les paramètres d'un modèle. La deuxième source de CAO était le test de conceptions par simulation. L'utilisation de la modélisation informatique pour tester les produits a été lancée par des industries de haute technologie comme l'aérospatiale et les semi-conducteurs. La troisième source de développement de la CAO résultait des efforts visant à faciliter le passage du processus de conception au processus de fabrication à l'aide des technologies de commande numérique (CN), qui étaient largement utilisées dans de nombreuses applications au milieu des années 1960. C'est cette source qui a abouti au lien entre la CAO et la FAO. L'une des tendances les plus importantes des technologies CAD/CAM est l'intégration toujours plus étroite entre les étapes de conception et de fabrication des processus de production basés sur CAD/CAM.
Le développement de la CAO et de la FAO et en particulier le lien entre les deux ont surmonté les lacunes traditionnelles de la CN en termes de coût, de facilité d'utilisation et de vitesse en permettant la conception et la fabrication d'une pièce à l'aide du même système de codage des données géométriques. Cette innovation a considérablement raccourci la période entre la conception et la fabrication et a considérablement élargi la portée des processus de production pour lesquels les machines automatisées pouvaient être utilisées de manière économique. Tout aussi important, la CAO/FAO a donné au concepteur un contrôle beaucoup plus direct sur le processus de production, créant la possibilité de processus de conception et de fabrication complètement intégrés.
La croissance rapide de l'utilisation des technologies CAD/CAM après le début des années 1970 a été rendue possible par le développement de puces de silicium produites en série et le microprocesseur, résultant en des ordinateurs plus facilement abordables. Alors que le prix des ordinateurs continuait de baisser et que leur puissance de traitement s'améliorait, l'utilisation de la CFAO s'est étendue des grandes entreprises utilisant des techniques de production de masse à grande échelle aux entreprises de toutes tailles. La portée des opérations auxquelles la CFAO a été appliquée s'est également élargie. En plus de la mise en forme de pièces par des processus de machine-outil traditionnels tels que l'emboutissage, le perçage, le fraisage et le meulage, la CAO/FAO est désormais utilisée par les entreprises impliquées dans la production d'électronique grand public, de composants électroniques, de plastiques moulés et de nombreux autres produits. . Les ordinateurs sont également utilisés pour contrôler un certain nombre de processus de fabrication (tels que le traitement chimique) qui ne sont pas strictement définis comme FAO car les données de contrôle ne sont pas basées sur des paramètres géométriques.
Grâce à la CAO, il est possible de simuler en trois dimensions le mouvement d'une pièce à travers un processus de production. Ce procédé permet de simuler les vitesses d'avance, les angles et les vitesses des machines-outils, la position des pinces de maintien des pièces, ainsi que la portée et d'autres contraintes limitant les opérations d'une machine. Le développement continu de la simulation de divers processus de fabrication est l'un des principaux moyens par lesquels les systèmes CAD et CAM sont de plus en plus intégrés. Les systèmes CAD/CAM facilitent également la communication entre les personnes impliquées dans la conception, la fabrication et d'autres processus. Ceci est particulièrement important lorsqu'une entreprise en sous-traite une autre pour concevoir ou produire un composant.
AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS
La modélisation avec des systèmes de CAO offre un certain nombre d'avantages par rapport aux méthodes de dessin traditionnelles qui utilisent des règles, des équerres et des compas. Par exemple, les dessins peuvent être modifiés sans être effacés ni redessinés. Les systèmes de CAO offrent également des fonctionnalités de « zoom » analogues à celles d'un objectif de caméra, grâce auxquelles un concepteur peut agrandir certains éléments d'un modèle pour faciliter l'inspection. Les modèles informatiques sont généralement tridimensionnels et peuvent être tournés sur n'importe quel axe, tout comme on pourrait faire pivoter un modèle tridimensionnel réel dans sa main, permettant au concepteur de mieux comprendre l'objet. Les systèmes de CAO se prêtent également à la modélisation de plans en coupe, dans lesquels la forme interne d'une pièce est révélée, et à l'illustration des relations spatiales entre un système de pièces.
Pour comprendre la CAO, il est également utile de comprendre ce que la CAO ne peut pas faire. Les systèmes de CAO n'ont aucun moyen de comprendre les concepts du monde réel, tels que la nature de l'objet en cours de conception ou la fonction que cet objet servira. Les systèmes de CAO fonctionnent par leur capacité à codifier des concepts géométriques. Ainsi, le processus de conception utilisant la CAO implique de transférer l'idée d'un concepteur dans un modèle géométrique formel. Les efforts pour développer une « intelligence artificielle » (IA) basée sur l'ordinateur n'ont pas encore réussi à pénétrer au-delà de la mécanique, représentée par la modélisation géométrique (basée sur des règles).
D'autres limitations de la CAO sont abordées par la recherche et le développement dans le domaine des systèmes experts. Ce domaine est issu de recherches menées en IA. Un exemple de système expert consiste à incorporer des informations sur la nature des matériaux (leur poids, leur résistance à la traction, leur flexibilité, etc.) dans un logiciel de CAO. En incluant ces informations et d'autres, le système de CAO pourrait alors « savoir » ce qu'un ingénieur expert sait lorsqu'il crée une conception. Le système pourrait alors imiter le schéma de pensée de l'ingénieur et en fait « créer » davantage de conception. Les systèmes experts peuvent impliquer la mise en œuvre de principes plus abstraits, tels que la nature de la gravité et du frottement, ou la fonction et la relation de pièces couramment utilisées, telles que les leviers ou les écrous et boulons. Les systèmes experts pourraient également changer la façon dont les données sont stockées et récupérées dans les systèmes CAD/CAM, supplantant le système hiérarchique par un système offrant une plus grande flexibilité. De tels concepts futuristes, cependant, dépendent tous fortement de nos capacités à analyser les processus décisionnels humains et à les traduire en équivalents mécaniques si possible.
L'un des domaines clés du développement des technologies de CAO est la simulation des performances. Parmi les types de simulation les plus courants figurent les tests de réponse aux contraintes et la modélisation du processus par lequel une pièce peut être fabriquée ou les relations dynamiques entre un système de pièces. Dans les tests de résistance, les surfaces du modèle sont représentées par une grille ou un maillage, qui se déforment lorsque la pièce est soumise à une contrainte physique ou thermique simulée. Les tests dynamiques fonctionnent comme un complément ou un substitut à la construction de prototypes fonctionnels. La facilité avec laquelle les spécifications d'une pièce peuvent être modifiées facilite le développement d'efficacités dynamiques optimales, tant en ce qui concerne le fonctionnement d'un système de pièces que la fabrication d'une pièce donnée. La simulation est également utilisée dans l'automatisation de la conception électronique, dans laquelle un flux de courant simulé à travers un circuit permet de tester rapidement diverses configurations de composants.
Les processus de conception et de fabrication sont, dans un certain sens, conceptuellement séparables. Pourtant, le processus de conception doit être entrepris avec une compréhension de la nature du processus de production. Il est par exemple nécessaire pour un concepteur de connaître les propriétés des matériaux avec lesquels la pièce peut être construite, les différentes techniques par lesquelles la pièce peut être façonnée, et l'échelle de production qui est économiquement viable. Le chevauchement conceptuel entre la conception et la fabrication suggère les avantages potentiels de la CAO et de la FAO et la raison pour laquelle ils sont généralement considérés ensemble comme un système.
Les développements techniques récents ont fondamentalement impacté l'utilité des systèmes CAD/CAM. Par exemple, la puissance de traitement sans cesse croissante des ordinateurs personnels leur a donné la viabilité en tant que véhicule pour les applications CAD/CAM. Une autre tendance importante est l'établissement d'une norme CAD-CAM unique, afin que différents ensembles de données puissent être échangés sans retards de fabrication et de livraison, sans révisions de conception inutiles et autres problèmes qui continuent de perturber certaines initiatives CAD-CAM. Enfin, les logiciels CAD-CAM continuent d'évoluer dans des domaines tels que la représentation visuelle et l'intégration d'applications de modélisation et de test.
LE CAS DU CAS ET DU CAS/CAM
Un développement conceptuellement et fonctionnellement parallèle à la CAO/FAO est CAS ou CASE, l'ingénierie logicielle assistée par ordinateur. Comme défini par SearchSMB.com dans son article sur « CASE », « CASE est l'utilisation d'une méthode assistée par ordinateur pour organiser et contrôler le développement de logiciels, en particulier sur de grands projets complexes impliquant de nombreux composants logiciels et personnes. » CASE remonte aux années 1970, lorsque les sociétés informatiques ont commencé à appliquer des concepts issus de l'expérience CAD/CAM pour introduire plus de discipline dans le processus de développement de logiciels.
Une autre abréviation inspirée par la présence omniprésente de la CFAO dans le secteur manufacturier est CAS/CAM. Cette expression signifie logiciel de vente assistée par ordinateur/marketing assisté par ordinateur. Dans le cas de CASE ainsi que de CAS/CAM, le cœur de ces technologies est l'intégration des flux de travail et l'application de règles éprouvées à un processus répétitif.
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