DesignSpark Mechanical – Faciliter l'accès à la modélisation 3D

NOM, RÔLE, RS Components, présente la conception 3D et explore les différences de base entre la modélisation paramétrique et la modélisation directe. Il explique les fonctions rapides et intuitives de DesignSpark Mechanical – le nouvel outil de modélisation 3D totalement gratuit – et comment elles apportent aux nouveaux utilisateurs 3D de nouvelles voies créatives et aux ingénieurs de nouvelles possibilités pour développer un projet, de la conception à la fabrication.

La conception assistée par ordinateur (CAO) est apparue dans les années soixante pour répondre aux demandes de l'industrie automobile, de l'aérospatiale et de la défense. À la fin des années soixante-dix, la CAO est présentée aux étudiants comme une solution de progrès alors que les techniques de dessin manuelles commencent à être délaissées. Dans les années quatre-vingts, grâce à l'avènement des processeurs 32 bits et des écrans couleur à affichage matriciel, ce processus encore évolutif fait un énorme bond en avant.

Le développement initial de ces systèmes était principalement basé sur la nécessité d'améliorer la productivité ou pour utiliser des systèmes capables de définir des solides et des surfaces complexes. Les premiers efforts investis dans le secteur automobile ont joué un rôle déterminant dans les progrès accomplis. Par exemple, on peut accorder à Renault le mérite d'avoir lancé le processus qui a abouti à la création du logiciel CATIA.

Un véritable marché des logiciels avancés capables de créer en 3D des modèles de conception et des produits s'est formé dans les années quatre-vingts. Les outils de CAO 3D qui dominent alors le marché sont paramétriques ou historiques. Il n'était pas alors inévitable que la méthodologie devienne le concept de base de ces logiciels. Mais sa réussite a été largement déterminée par la puissance de traitement limitée des ordinateurs de l'époque.

À cause de la faible puissance de calcul des ordinateurs existants, la modélisation paramétrique a pris l'avantage sur d'autres approches, telles que la modélisation directe. Fondamentalement, la modélisation paramétrique utilise une astuce ingénieuse pour modéliser des solides sur les équipements informatiques des années 1980. Elle consiste à organiser le processus de conception en une liste d'étapes définies par des caractéristiques ou paramètres. Ces paramètres fonctionnent comme des instructions pour créer la forme de chaque pièce. Grâce à eux, l'ordinateur peut créer et modifier des modèles avec une efficacité qui approche vaguement ce que nous appelons aujourd'hui « temps réel ».

Ce processus fonctionnait suffisamment bien pour concevoir des pièces et des assemblages simples. Avec les progrès de l'informatique, les modèles sont devenus de plus en plus complexes et des concepts supplémentaires ont été développés pour créer des interdépendances entre divers paramètres. Ceci inclut les contraintes et les dépendances, pour décrire les relations entre différentes caractéristiques ou étapes, enregistrées dans l'arborescence historique du logiciel. 
 Mais pour modifier un paramètre spécifique, il fallait remonter toutes les étapes jusqu'à sa définition initiale. La modélisation paramétrique nécessitait en outre la création d'interdépendances entre les fichiers et le développement d'outils de gestion des données pour supporter des activités concurrentes au sein d'une équipe.

 

Difficultés d'accès

Bien que puissant, un logiciel 3D était en général très coûteux, et seuls des experts CAO pouvaient l'utiliser. On estime que la CAO 3D pourrait être utile à environ 20 millions de professionnels dans le monde, incluant un très grand nombre d'ingénieurs en mécanique et en électronique. Pourtant, l'ensemble des fournisseurs de logiciels CAO n'a pas vendu plus d'un million d'unités CAO 3D (approximativement). Une importante population de bénéficiaires potentiels de la conception 3D ne peut pas accéder à cette source mystérieuse, impénétrable, de connaissances... principalement pour des raisons de coûts. C'est à dire à la fois les coûts d'acquisition et les coûts d'apprentissage, puisqu'il faut du temps pour acquérir les compétences et devenir productif avec de tels outils. Ces deux facteurs sont devenus des obstacles majeurs pour tous les professionnels qui souhaitent exploiter les avantages de la CAO 3D.

Actuellement, les principaux fournisseurs CAO proposent leurs plus récents outils entre 5000 et 30 000 USD par licence, sans compter le prix élevé du contrat de maintenance annuel. Comme nous le disions, la courbe d'apprentissage est importante et constitue le deuxième obstacle souvent associé à la modélisation 3D traditionnelle. Un débutant peut investir six à 18 mois d'efforts pour devenir totalement productif avec un outil 3D avancé. Il est d'ailleurs fréquent que des travaux soient confiés à une entreprise externe spécialiste de la CAO. Cela peut créer des goulets d'étranglement dans le développement des produits, puisque même de petites modifications peuvent exiger plusieurs semaines d'attente.

 

La modélisation directe

Les ordinateurs actuels sont 100 000 fois plus puissants que leurs ancêtres des années 1980. Permettant de dessiner des solides aussi facilement qu'avec un crayon et du papier, la modélisation directe se présente comme un concurrent sérieux des outils de conception 3D existants, ou dans de nombreux cas un complément très utile. Actuellement, de nombreuses entreprises utilisent des outils de présentation ou de dessin pour décrire et communiquer des concepts techniques ou de produits à des collègues, des responsables ou des clients. Dans le secteur électronique, les professionnels de la conception et de l'analyse des caractéristiques clés des produits, tels que leur performance électrique ou thermique, ont évidemment utilisé des outils logiciels bien avant que la géométrie 3D offre des analyses détaillées des composants finis ou une multitude d'autres analyses.

La modélisation directe étant généralement plus intuitive et plus facile à apprendre, elle apporte des avantages considérables aux professionnels qui ne sont pas des spécialistes de la CAO. Cette technologie a été comparée au travail d'une argile virtuelle. Avec la modélisation directe, le travail est avant tout géométrique. Il n'y a pas d'historique des paramètres. Il n'est pas nécessaire de gérer des éléments complexes pour définir des contraintes et des dépendances. L'outil fonctionne sur une base géométrique et applique dynamiquement les modifications demandées, permettant d'explorer des idées et des concepts de produits directement en 3D. Par bien des aspects, il est très similaire à SketchUp, puisque l'utilisateur peut tirer et pousser les éléments géométriques et créer des designs extrêmement rapidement.

La modélisation directe élimine un grand nombre de difficultés liées aux outils paramétriques traditionnels. Les ingénieurs qui n’utilisent pas régulièrement une solution CAO peuvent aisément modifier des modèles sans être obligés de comprendre toutes les instructions ou contraintes d’un modèle paramétrique. Par exemple, l'utilisateur peut introduire dans une conception une itération d'un autre projet, ajouter et supprimer directement des éléments sans aucune difficulté.

Les outils de modélisation directe avancés offrent aussi l'avantage supplémentaire d'une interopérabilité de haut niveau, alors que les systèmes paramétriques propriétaires utilisent des formats de données incompatibles. Historiquement, les fournisseurs de CAO 3D ont eu des idées très différentes pour concevoir les fonctions et les relations dans leurs outils respectifs. Ces différences ont abouti à la création de solutions logicielles propriétaires incompatibles entre elles. Le manque d'interopérabilité est donc devenu un challenge important pour les utilisateurs, leurs collègues et la chaîne d'approvisionnement. Tous les membres de la chaîne d'approvisionnement étaient alors obligés d'utiliser les mêmes outils, puisque toute conversion de format implique des pertes de données. Dans les services de simulation ou de fabrication, les ingénieurs qui utilisent des outils avancés de modélisation directe, tels que SpaceClaim Engineer, peuvent simplement modifier un projet CAO existant à l'aide de fichiers STEP, qui est le format de conversion CAO le plus courant.

Mais la modélisation paramétrique répond mieux aux besoins de certaines applications, par exemple pour créer des versions personnalisées d'un assemblage extrêmement complexe, en respectant des exigences critiques et des relations rigoureusement définies. Dans une grande entreprise, ce type de projet sera normalement confié à une équipe spécialisée qui utilisera un seul outil de modélisation paramétrique. Mais cette approche peut ne pas être efficace pour des projets beaucoup plus petits. Pour faire une analogie approximative, cela pourrait être comparé au propriétaire d'une voiture de tourisme qui confierait sa révision annuelle aux mécaniciens d'une écurie de Formule 1. La modélisation directe est donc de plus en plus perçue comme une option extrêmement intéressante parce qu'elle offre des outils et des capacités considérablement plus rapides et faciles, capables de répondre à un nombre croissant d'applications.

Bien qu'il soit évident que les outils de modélisation paramétrique traditionnels continueront de jouer un rôle important dans le développement des conceptions électroniques et mécaniques, la modélisation directe progresse largement dans le développement de produit, et en particulier dans la création de concept et la fabrication de prototype, comme dans de nombreux autres domaines. Actuellement dans l'industrie, une tendance croissante vise à fusionner les mondes de la conception électronique et de la conception mécanique. Jusqu'à présent, un ingénieur électronicien aurait transmis la conception d'un circuit à un ingénieur mécanicien pour développer le coffret, les boutons et autres éléments de contrôle manuels ou visuels. Ces processus sont de plus en plus réalisés en parallèle. La création de produit peut ainsi mieux intégrer des critères esthétiques et de design créatif. Il est vrai que de nombreux outils de conception de circuits imprimés sont équipés de moniteurs 3D, ou peuvent générer des fichiers IDF exploitables par des outils de CAO mécaniques. Mais en réalité, aucune ces options ne répond totalement aux besoins réels des ingénieurs.

 

DesignSpark Mechanical

Reconnaissant ces importantes tendances du marché, RS a lancé DesignSpark Mechanical, un nouvel outil d'assemblage et de modélisation 3D. Développé en collaboration avec SpaceClaim et basé sur son outil de modélisation directe 3D SpaceClaim Engineer, DesignSpark Mechanical est disponible par téléchargement et totalement gratuitement.

Des modèles 3D basiques peuvent être créés extrêmement rapidement avec les quatre outils principaux : Tirer, Déplacer, Combler et Combiner. Contrairement aux outils paramétriques traditionnels, ce logiciel permet d'utiliser la fonction Copier-coller bien connue avec sa commande clavier standard. L'utilisateur peut ainsi réutiliser extrêmement facilement des éléments géométriques dans plusieurs projets. Plus spécifiquement, les outils Tirer et Déplacer permettent de sélectionner directement des portions d'un modèle pour les placer à la position requise. L'outil Combiner sert à séparer et diviser des éléments. Il sert aussi à importer des portions d'autres projets pour les fusionner dans la conception. L'outil Combler finalise les petites caractéristiques et remplit les trous.

Hautement évolutif, DesignSpark Mechanical permet de créer des formes simples, des assemblages et des surfaces complexes. Les outils Tirer et Déplacer fonctionnent en édition orientée faces et arêtes, offrant une souplesse d'utilisation maximale, pour créer des parois minces, des géométries en miroir, concentriques, arrondies et chanfreinées, La fonction de dessin 3D permet les géométries extrudées, de révolution, et balayées sans jamais laisser une section croisée 2D. Par conséquent, de nouveaux concepts peuvent être esquissés, des conceptions 3D solides peuvent être réalisées sans travail supplémentaire. En outre, si des paramètres spécifiques doivent être ajoutés ou modifiés, les valeurs dimensionnelles peuvent être changées en sélectionnant l'élément concerné. Il n'est pas nécessaire de configurer des systèmes de contraintes complexes, comme dans un environnement paramétrique. Différents utilisateurs peuvent donc configurer et enregistrer leurs propres ensembles dimensionnels.

L'outil supporte des assemblages souples et permet de transformer des pièces en assemblages et réciproquement : des structures d'assemblage peuvent être créées après la création des pièces, ou même avant le dessin d'une forme, sans se préoccuper de dépendances susceptibles de bloquer des changements. L'utilisateur n'a pas besoin de changer de mode : les mêmes outils peuvent être utilisés pour modifier les assemblages, les éléments, les vues et les annotations 3D.

 

Innovation avancée dès l'étape du concept

Des outils de modélisation directe 3D comme DesignSpark Mechanical et SpaceClaim Engineer ne sont pas des substituts des outils de modélisation paramétrique et ne visent pas à les remplacer. Leurs différences sont importantes et méritent d'être clairement expliquées. Les outils de modélisation directe apportent des avantages à tous les concepteurs, à tous les niveaux et indépendamment de la taille de l'entreprise. Dans les grandes entreprises qui disposent de services CAO avancés et de ressources spécialisées, ils apportent une complémentarité essentielle garantissant un partage facile et rapide des travaux. Ils permettent d'améliorer les niveaux de contribution et de collaboration dès les premières étapes du développement des produits, offrant des avantages essentiels aux concepteurs et ingénieurs, dans divers secteurs industriels, tels que la fabrication, l'électronique, mais aussi la vente, le marketing et la production. DesignSpark Mechanical élimine les principaux obstacles à l'utilisation des outils de modélisation directe, grâce à sa gratuité, son interface intuitive et son extrême facilité d'utilisation. Les ingénieurs en électronique et en mécanique, comme tous les autres utilisateurs, peuvent maîtriser ses fonctions en quelques jours, voire en quelques heures.

L'utilisation de DesignSpark Mechanical au début du cycle de conception des produits élimine une grande partie des reprises et révisions chronophages nécessaires aux processus de développement de produit traditionnels. Il contribue à accélérer les processus, à perdre moins de temps, parce qu'il permet d'utiliser la 3D pour modéliser des concepts. Les outils paramétriques traditionnels ont tendance à étouffer l'innovation parce qu'ils verrouillent prématurément les conceptions pendant les premières étapes du développement. DesignSpark Mechanical permet de créer rapidement et facilement des modèles de concepts pour les partager avec des collègues, des services et des clients. L'itération rapide des concepts supporte des processus plus collaboratifs, en particulier pour conceptualiser des idées nouvelles et répondre à des demandes de propositions, par exemple.

Dans les secteurs de l'électronique et de l'automatisation, cet outil libère la créativité des ingénieurs. Il supporte un processus de développement de produit plus efficace, pour créer des concepts de haute qualité, fournir des propositions professionnelles, jusqu'à l'impression des plans de fabrication intégralement dimensionnés et détaillés. DesignSpark Mechanical élimine les goulets d'étranglement au début du processus de conception, en autorisant des modifications et des additions en quelques secondes, sans attendre que le service CAO retravaille la conception avec des outils CAO traditionnels. Les outils de mesure et de dimensionnement intégrés sont intuitifs et faciles à utiliser, pour produire des fichiers de conception et de fabrication, qui peuvent être partagés et distribués selon les besoins.

DesignSpark Mechanical est doté d'une fonction de nomenclature intégrée, apportant un avantage clé à sa liste de spécifications déjà impressionnante. Les nomenclatures sont disponibles instantanément dans un choix de quatre formats (ou des modèles personnalisés). Ces listes peuvent être intégrées dans la conception, au niveau choisi par l'utilisateur, pour informer en détail tous les contenus.

En outre, simplement en cliquant sur un bouton, l'utilisateur peut commander les pièces requises sur le site internet RS, qui fournira toutes les données techniques et les prix correspondants. Permettant à l'ingénieur responsable de l'approvisionnement d'économiser des heures de travail chaque semaine, cette fonction en temps réel garantit l'exactitude des données à la date de leur diffusion.

Cet outil peut importer des fichiers topologiques de circuits imprimés, dans le format IDF, provenant de n'importe quel outil de conception PCB, dont le logiciel DesignSpark PCB primé de RS. DesignSpark Mechanical exporte les conceptions 3D dans le format STL, supportant la réalisation rapide de prototypes et la fabrication assistée par ordinateur. Le format STL autorise des exportations directes sur des imprimantes 3D, qui sont de plus en plus accessibles financièrement et ne sont plus réservées aux grandes entreprises. Outre l'importation de fichiers IDF d'outils de conception de circuits imprimés, DesignSpark Mechanical accepte les fichiers STEP, STL, OBJ, SKP (Sketchup). Il supporte la gamme complète des formats de fichiers AutoCAD (DXF), OBJ, STL, 3D pdf, XAML, jpg et png.

 

Modèles 3D

Cependant, l'outil de modélisation 3D n'est pas le seul élément important. Pour les ingénieurs de la mécanique et de l'électronique, une bibliothèque de modèles de composants ou de pièces joue un rôle fondamental. Il y a trois ans environ, RS et Allied ont mis à la disposition des ingénieurs du monde entier une bibliothèque extensive de modèles 2D et 3D téléchargeables gratuitement. Conformément au programme DesignSpark, l'objectif est de soutenir une communauté de développeurs partageant des idées et des concepts open-source.

La bibliothèque de composants ModelSource contient plus de 80 000 schémas de composants et d'empreintes de semi-conducteurs pour PCB, des composants passifs et électromécaniques conçus par les principaux fabricants du marché mondial. En ce qui concerne spécifiquement la 3D, ModelSource offre aussi plus de 38 000 modèles 3D provenant de plus de 50 fabricants, couvrant les principaux domaines technologiques, telles que l'électronique, l'électromécanique, la mécanique, la pneumatique, l'automatisation et la commande. Des modèles CAO 3D sont également disponibles dans de nombreux formats de fichiers propriétaires, provenant des principaux fournisseurs de solutions CAO. Les principaux fabricants représentés dans la collection 3D de la bibliothèque ModelSource incluent Molex, 3M, TE Connectivity, Harting et FCI pour le secteur de l’électronique générale, et Siemens, Schneider et SMC pour les applications de commande et d’automatisation. En outre, RS a collaboré avec TraceParts, le principal fournisseur de contenus 3D, pour offrir l'accès à des millions de modèles sur son portail CAO TracePartsOnline.net au format DesignSpark Mechanical.

 

Conclusion

La disponibilité d'outils de conception 3D basés sur modélisation directe, tels que DesignSpark Mechanical et SpaceClaim Engineer, met la modélisation 3D à la portée d'une communauté d'utilisateurs beaucoup plus vaste, sans se limiter aux seuls spécialistes de la CAO. Ces outils autorisent une plus grande créativité, la production rapide de concepts et de conceptions répondant à des demandes de propositions, jusqu'aux fichiers détaillés et hautement précis pour la fabrication.

En conjonction avec DesignSpark PCB et la bibliothèque de modèles de composants 2D et 3D ModelSource, DesignSpark Mechanical permet aux ingénieurs de réaliser intégralement des projets de conception en disposant d'outils professionnels disponibles gratuitement.

DesignSpark Mechanical est disponible gratuitement sur les sites internet RS, Allied et DesignSpark. Cet outil est supporté par la communauté DesignSpark sur le site www.designspark.com, qui héberge les ressources DesignSpark PCB et la bibliothèque ModelSource.