Prospectives Irfu/IN2P3 Avril 2012 F. Ardellier
Conception mécanique et
Intégration système
Groupe de Travail # 14 : Instrumentation et détection
Contributeurs GT#14: Shebli Anvar, Florence Ardellier, Nicolas Arnaud, Florian Bauer, Denis Bernard, Jean-Marie Brom, Giovanni Calderini, Denis Calvet, Sandrine Cazaux, Maximilien Chefdeville, Jean-Claude Clemens, Paul Colas*, Rémi Cornat, Philippe de Antoni, Eric Delagnes, Alain Delbart, Jérome Donnard, Frédéric Chateau, Christian Finck, Philippe Galdemard, Xavier Grave, Giulia Hull, Fabien Jeanneau, Roman Kossakowski, Imad Laktineh, Eric Legay, Olivier Limousin, Stefanos Marnieros, Gisèle Martin-Chassard, Damien Neyret, Christian Olivetto, Laurent Olivier, Julien Pancin, Jean Peyré*, Michel Piat, Véronique Puill, Roman Pöschl, Sylvie Rosier-Lees, Eric Wanlin, Isabelle Wingerter-Seez, Marc Winter*, Dominique Yvon. *: animateurs
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1. Etat des lieux
2. Propositions d’orientations 2012-2020a. Outils : logiciels de modélisation et simulationb. Méthodologie
3. Conclusion
Plan de la présentation
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• Instruments innovants, complexes, intégrés, compacts et gigantesques, plus performants…
• Environnements contraints: faisceaux intenses, champ magnétique, accessibilité, sureté, …
• Fiabilité , cycle de vie « long »
• Nouveaux matériaux
• Nombre de prototypes limités
• Collaborations internationales avec multiples interlocuteurs et outils
• Fractionnement des contributions et complexification des interfaces
Outils logiciels : • Modélisation CAO • Simulations numériques
Méthodologie
Contexte : exigences
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Etat des lieux 2012
Conception Thermomécanique
et Intégration
Optique
Cryogénie
Vide
Magnétisme
Science des matériaux
Assemblage Intégration
Radioprotection
Environnement spatial
Cycle de vie produit
Electronique
CoûtQua
lité
Conception et intégrations m
écanique et therm
ique s’insèrent a
u sein
d’une ingénierie sy
stème plurid
isciplinaire
Gestion des interfaces
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CAO 3D
REALISATION - INTEGRATION / TESTS
SIMULATIONS
3 domaines de compétences interdépendants
Ingénierie
Conception thermomécaniques
et Intégration
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Tracjectographe
Hall B JLAB
CAO : outil de conception, dès la phase amont …
Tuile Micromegas courbée
Dès la phase amont :
Implantation
Définition des interfaces et partage de lots
Central Tracker
Illustration : CLAS 12GeV JLAB Hall B
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Détecteurs « Forward » (IRFU)
Détecteurs « Barrel » (IRFU)
Tube porteur (USA)
Servitudes
Electronique « Barrel » (IRFU)
Electronique « Forward»
CAO : … outil d’échanges : support au processus itératif … Electroniciens(dissipation thermique, CEM, …)
Intégration détecteurs, Instrumentaliste (process, …)Contrôle commande
(Implantation, CEM, …)
Maîtrise d’œuvreElectroniciens, CEM …
Intégration détecteurs, Instrumentaliste (process, …)
Simulations thermiques
Simulations mécaniques
CLAS12 GeVTrajectograph
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6. Détecteur prêt pour te
sts
géométrique & physique
4. Installation de la dérive
1. Mandrin rayon détecteur
3. Réglette de maintien, pions de
positionnement & Structure carbone
5. Connecteurs
2. PCB & mise sous pression
Préparation de la gamme de montage du détecteur Micromegas
7. Métrologie
CAO : … outil d’anticipation des scénarii d’assemblage et tests…
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CAO… préparation de l’installation sur site…
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De la CAO … au prototypage, intégrations tests
Mise en œuvre de « Prototype »:Basé sur le savoir faire
• Vérifier des performances • Optimiser le process• Suivi fabrication / intégration• Coût…
… validation pour la « série » ?
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• Optimisation thermomécanique au plus proche des limites
• Respect des exigences géométriques
• Mise en œuvre de nouveaux matériaux
• Certifications
• Contraintes de coût et ressources, d’ergonomie, de délai…
ANSYS :- Elasticité linéaire / non linéaire – statique et dynamique - Thermique linéaire / non linéaire stationnaire et transitoire
- Thermohydraulique (ANSYS- CFX et ANSYS Fluent )
CAST3M (CEA, accès au code) :Calculs par éléments finis
NX NASTRAN (Spatial) :requis pour les échanges avec le CNES
SICAPNET (CODAP) Appareils sous pression
Logiciel calculs
Objectifs Logiciels utilisés
SALOME : plateforme multi-physiques OPEN SOURCE
(prétraitement/post traitement)
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Propositions d’orientations 2012 – 2020
1. Outils logicielsa. Modélisation CAO et simulationsb. Echanges de données
2. Méthodologie 1. Liens avec l’industrie2. Vers l’ingénierie concourante
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Etat des lieux 2012
Conception thermomécanique
et Intégration
Optique
Cryogénie
Vide
Magnétisme
Science des matériaux
Assemblage Intégration
Radioprotection
Environnement spatial
Cycle de vie produit
Electronique
CoûtQua
lité
2012 : gestion des interfaces
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Prospectives 2012-2020
Conception thermomécaniquee
t IntégrationSystème
Optique
Vide
Cryogénie
Magnétism
e
Science des matériaux
Assemblage
Intégration
Radioprotection
Environnement
spatial
Cycle de vie
produitElectronique
Coû
tsQ
ualité
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Motivations : Simuler plus finement des systèmes complexes innovants Anticiper les comportements de plus en plus fins et précis aux limites des matériaux Mise en œuvre de nouvelles technologies, Intégration mécatronique
Thermo-hydraulique Mécanique des fluides
• CO2 diphasique
• Microcanaux
Nouvelles technologies de refroidissement
Calculs multi-échelles Calculs multi-résolutions
Matériaux Composites Tribologie
Nouveaux m
étiers/co
mpétences à
INTEGRER dans le
s sim
ulations therm
omécaniques Prospectives 2012-2020 : simulation de systèmes intégrés
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SIMULATIONS MULTIPHYSIQUES :• Plateforme Open Source ?• Produits commerciaux (Ansys, Comsol…)
Prospectives 2012-2020 : modélisation de systèmes intégrés
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Utilisation d’outils de Simulations MULTIPHYSIQUE :• Plateforme Open Source ?• Produits commerciaux (Ansys, Comsol…)
R&D IRFU sur l’utilisation de la plateforme SALOME : -plate-forme « au service » de la simulation numérique multi-physique : mécanique, thermohydraulique, mécanique des fluides, neutronique, magnétisme ...
Prospectives 2012-2020 : modélisation de systèmes intégrés
Calculs couplés
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simulations de physique (GEANT…) logiciels de calculs logiciels CAO électroniques et câblage optimisation de la fabrication (CFAO,
tolérances 3D) Workflow
Dépendance aux éditeurs Accès aux licences recherches ?
Compatibilité ascendante (Catia V5) ?
CATIA V6
Enrichir les couplages
Motivations : Prendre en compte différentes disciplines dans un modèle intégré
Prospectives 2012-2020 : conception de systèmes intégrés
pour l’intégration sur site (gammes de montage sous forme vidéo 3D, virtuels 3D…)
Améliorer la communication
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meilleurs échanges avec les industriels
meilleure traçabilité
risque d’erreurs réduit
Tolérancement 3D
Apports :
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Meilleure prise en compte de l’accessibilité et de la montabilité lors des opérations d’assemblage ou de maintenance
Meilleure visibilité sur le système pour les décideurs lors de revues de projet
Utilisation d’outils de réalité virtuelle
Apports
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Propositions d’orientations 2012 - 2020:
1. Outils logicielsa. Modélisation CAO et simulationsb. Echanges de données
2. Méthodologie 1. Liens avec l’industrie2. Vers l’ingénierie concourante
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Intégration modèle global Fabrication
Communication au sein de l’équipe projet
Sous-traitance
Défis : maitrise de la traçabilité du système
Echanges de données et archivage
Sécurité des données
Gestion de configuration
Logiciel Product Life
Management
• Coordination pour « standardiser » les formats d’échange et mises à jour
• Partage d’outils collaboratifs (plateforme)
Stratégie commune des labos IRFU / IN2P3 pour négocier Recommandations
Réseau métiers
/ plateform
e métiers
entre le
s instituts
?
Prospectives 2012-2020 : gestion et échanges de données techniques
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Propositions d’orientations 2012 - 2020:
1. Outils logicielsa. Modélisation CAO et gestion de
configurationb. Plateformes de simulationsc. Echanges de données
2. Méthodologie 1. Liens avec l’industrie2. Vers une ingénierie concourante ?
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Mettre en place stratégie industrielle pour maîtriser la multiplication de prototypes
performants
Méthodologie plus rigoureuse pour anticiper le procédé d’assemblage, tests, calibration
• Spécifications techniques• Définition de points clés • Analyse des capacités des
entreprises
Prospectives 2012-2020 : liens avec l’industrie
Phase de prototypage : Nécessité de dialogues
• Science des matériaux, nouvelles technologies• Coût• Intérêt du marché• Transfert technologique ?
Motivations : S’appuyer sur l’industrie dans le développement des futurs instruments
Proto
? ?
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Prospectives 2012-2020 : méthodologie
-Evaluer l’existant
-Identifier au plus tôt les verrous (techno, organisation, …) ou interdépendances complexes
-Prendre en compte les complémentarités des disciplines en amont
Tests calibrations
vers l’ingénierie concourante ?
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Conclusion
Propositions d’Orientations 2012 – 2020 :
• L’utilisation d’outils collaboratifs associée à une approche système permettrait de mieux maîtriser la conception d’instrument dont la complexité ne permet pas le pilotage simple d’activités indépendantes.o Importance d’une cohérence des outils CAO et simulation entre les instituts :
Modélisation CAO : couplage des logiciels pour les échanges des données pluridisciplinaires
Simulation : tests de l’utilisation de plateformes multi-physiques (open source ?)
o Maîtrise des échanges de données : Gestion de configuration Interfaces pluridisciplinaires Lien avec l’industries
• Méthodologie : s’inspirer de l’ingénierie concourante pour ledéveloppement d’instruments innovants
Contexte : instruments innovants = systèmes intégrés complexes pluridisciplinaires de « plus en plus grands » avec besoin de maîtriser des détails de « plus en plus précis »
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