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

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
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2. RÉSOUDRE LE COMPROMIS DES CALCULS TECHNIQUES
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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. RÉSOUDRE LE COMPROMIS DES CALCULS TECHNIQUES
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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. RÉSOUDRE LE COMPROMIS DES CALCULS TECHNIQUES
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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. RÉSOUDRE LE COMPROMIS DES CALCULS TECHNIQUES
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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. RÉSOUDRE LE COMPROMIS DES CALCULS TECHNIQUES
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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. RÉSOUDRE LE COMPROMIS DES CALCULS TECHNIQUES
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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. RÉSOUDRE LE COMPROMIS DES CALCULS TECHNIQUES
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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. RÉSOUDRE LE COMPROMIS DES CALCULS TECHNIQUES
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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
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