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La conception assistée par ordinateur : domaine fondamental de l’ingénierie

Qu'est-ce que la conception assistée par ordinateur (CAO) ?

La conception assistée par ordinateur (CAO) est une technologie informatique qui permet de concevoir un produit et de documenter le processus de conception.

La CAO peut faciliter le processus de fabrication en transférant des diagrammes détaillés des matériaux, des procédés, des tolérances et des dimensions d'un produit avec des conventions spécifiques pour le produit en question.

Par ailleurs, la CAO peut être utilisée pour produire des diagrammes bidimensionnels ou tridimensionnels qui, lorsqu'ils sont tournés, peuvent être vus sous n'importe quel angle, même de l'intérieur vers l'extérieur.

Une imprimante 3D ou un traceur spécial est généralement nécessaire pour imprimer des rendus de conception professionnels.

Quels sont les logiciels de conception assistée par ordinateur les plus utilisés ?

Autocad

Le logiciel AutoCAD d'Autodesk a été l'un des premiers logiciels de CAO à être mis sur le marché en 1982, ce qui en fait un logiciel de CAO bien établi dans toutes les industries.

Cependant, bien qu'AutoCAD soit populaire et largement utilisé, sa popularité dans la communauté de l'impression 3D a récemment diminué selon un récent sondage. En effet, de nombreux utilisateurs citent que bien qu'il soit idéal pour le dessin 2D, il n'est pas le plus facile à utiliser pour la modélisation 3D.

Effectivement, la courbe d'apprentissage pour maîtriser les macros et les scripts est raide pour aller au-delà des simples parties. Le logiciel s'adresse aux professionnels ayant de l'expérience dans la programmation algorithmique de modèles. Si vous possédez cette compétence, il y a peu de choses que vous ne pourrez pas faire avec AutoCAD. Les modèles 3D peuvent facilement être convertis en fichiers STL pour l'impression 3D.

Depuis 2010, AutoCAD est également disponible sur une application mobile et web, appelée AutoCAD 360.

Catia

La solution CAO Catia a été développée pour les besoins propres de Dassault Aviation. C’est pourquoi ce logiciel est plus qu'un simple logiciel de CAO.

Catia est donc une suite logicielle multiplateforme pour la CAO, la FAO (fabrication assistée par ordinateur), l'IAO (ingénierie assistée par ordinateur) et plus encore. Elle est alimentée par la plate-forme 3DEXPERIENCE de Dassault Systèmes. Celle-ci intègre diverses approches dans la conception et le développement de produits, ce qui attire de nombreux utilisateurs.

Par conséquent, le logiciel est très utile pour les concepteurs industriels et créatifs, les ingénieurs en mécanique et les architectes de systèmes. Catia fournit un environnement de conception 3D qui permet aux personnes en ligne et aux parties prenantes de partager les conceptions de produits et de collaborer à la modélisation des produits.

Solidworks

Publié par Dassault Systèmes, Solidworks est souvent utilisé par les professionnels de la conception 3D. Il s'agit d'un modèle paramétrique basé sur les caractéristiques. Le logiciel comprend un large éventail de fonctionnalités telles que des outils de validation de la conception ou de rétroconception.

L'une des particularités de Solidworks est que, contrairement à de nombreux autres logiciels qui imitent les courbes à travers des structures plates en pente douce, ce logiciel utilise un système de NURBS. Ce système permet de créer des courbures très détaillées.

En outre, au lieu de la modélisation polygonale, il utilise le croquis dimensionnel de sorte que le redimensionnement devient beaucoup moins compliqué. Un inconvénient qui est souvent évoqué par les utilisateurs du logiciel est la capacité limitée d'importer des fichiers STL.

La robotique : un domaine en plein essor

Qu'est-ce que la robotique ?

La robotique est une branche de l'ingénierie qui implique la conception, le design, la fabrication et l'exploitation de robots. Ce domaine recoupe l'électronique, l'informatique, l'intelligence artificielle, la mécatronique, la nanotechnologie et la bio-ingénierie.

Robotique et intelligence artificielle

L'intelligence artificielle (IA) est sans doute le domaine le plus passionnant de la robotique. C'est aussi certainement le plus controversé : tout le monde est d'accord pour dire qu'un robot peut travailler dans une chaîne de montage, mais il n'y a pas de consensus sur la question de savoir si un robot peut un jour être intelligent.

Robotique et programmation

La programmation est une section non négligeable de la robotique. En effet, cette partie nécessite de nombreuses compétences techniques pour avoir la capacité de programmer les différents robots. Voici la liste (non exhaustive) des langages de programmation les plus utilisés en robotique :

  • C/C++
  • Python
  • Java
  • C#/.NET

Robotique et systèmes embarqués

Les systèmes embarqués sont des micro-ordinateurs construits pour résoudre un problème spécifique. Le terme "embarqué" fait référence au fait que ce système intelligent fait partie intégrante d'un grand système comprenant des éléments matériels et mécaniques, pour effectuer un travail spécifique.

Puisque le système embarqué est dédié à des tâches spécifiques, les ingénieurs concepteurs peuvent l'optimiser pour réduire la taille et le coût du produit et augmenter sa fiabilité et ses performances. Aujourd'hui, le système embarqué se retrouve dans presque tous les appareils électroniques que nous utilisons dans la vie de tous les jours. Quelques exemples sont les jeux vidéo, les smartphones, les machines à laver, les micro-ondes, etc. Tout appareil qui mesure, stocke, contrôle, calcule ou affiche des informations doit être équipé d'un système embarqué.

Le calcul numérique : un domaine essentiel pour l’informatique

Le calcul numérique en ingénierie

Le calcul numérique est une technique par laquelle les problèmes mathématiques sont formulés de façon à pouvoir être résolus par des opérations arithmétiques. Bien qu'il existe de nombreux types de méthodes numériques, elles ont une caractéristique commune : elles impliquent invariablement un grand nombre de calculs arithmétiques fastidieux.

Il n'est donc pas étonnant qu'avec le développement d'ordinateurs numériques rapides et efficaces, le rôle du calcul numérique dans la résolution de problèmes d'ingénierie se soit considérablement accru ces dernières années.

Quels sont les outils utilisés pour le calcul numérique en ingénierie ?

Calcul numérique avec Matlab

Matlab est largement utilisé pour l'analyse numérique appliquée en ingénierie, en finance informatique et en biologie informatique. Cette solution fournit une gamme de méthodes numériques en :

  • Interpolation, extrapolation et régression,
  • Différenciation et intégration,
  • Systèmes linéaires d'équations,
  • Valeurs propres et valeurs singulières,
  • Équations différentielles ordinaires (ODE),
  • Équations aux dérivées partielles (EDP).

Par ailleurs, Matlab permet aussi de créer et d’implémenter ses propres méthodes numériques en utilisant le support intégré pour les opérations vectorielles et matricielles.

Calcul numérique avec Python

Python, en combinaison avec NumPy, Scipy et Matplotlib, peut être utilisé en remplacement de Matlab. La combinaison de NumPy, SciPy et Matplotlib est une alternative gratuite à Matlab.

Bien que Matlab dispose d'un grand nombre de boîtes à outils supplémentaires, Python a l'avantage d’être un langage de programmation plus moderne et plus complet et open-source. En outre, SciPy, NumPy et Matplotlib ajoutent de nombreuses fonctionnalités de type Matlab à Python.

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Les domaines Ingénierie / R&D

CAO

La conception assistée par ordinateur est l'utilisation d'ordinateurs pour aider à la création, la modification, l'analyse ou l'optimisation d'une conception.

Outils de CAO mécanique

Les logiciels de CAO mécanique sont utilisés pour créer et modifier la géométrie 2D et 3D, afin de concevoir, évaluer et documenter les composants mécaniques.

Outils de CAO électronique

Les outils de CAO électronique sont utilisés pour la conception de systèmes électroniques tels que les circuits intégrés et les cartes de circuits imprimés.

Outils de CAO pour l'architecture

Les logiciels de conception architecturale assistée par ordinateur sont le dépositaire de dossiers précis et complets sur les bâtiments et sont utilisés par les architectes et les sociétés d'architecture.

Outils de CAO graphique

Les logiciels de CAO graphique permettent de concevoir l’ensemble des éléments graphiques que l’on retrouve dans les jeux vidéo par exemple.

Autres logiciels CAO

Les logiciels de CAO sont utilisés pour augmenter la productivité du concepteur, améliorer la qualité de la conception et créer une base de données pour la fabrication.

Calcul numérique

Les mathématiques et plus particulièrement le calcul numérique sont constamment utilisés dans le domaine informatique, notamment manipuler des informations pour accomplir une fonction prédéterminée.

Robotique

La robotique est une discipline scientifique et technique axée sur la compréhension et l'utilisation de capacités artificielles.

Dispositifs électroniques programmables

Les dispositifs électroniques programmables sont des circuits intégrés logiques pouvant être reconfigurés après leur fabrication.

Automatisation de processus robotiques

De nombreux processus robotiques sont automatisables, notamment à l’aide de dispositifs électroniques programmables. Ils sont largement utilisés en industrie.

Ingénierie

L’ingénierie informatique est une branche de l’ingénierie qui intègre plusieurs domaines de l'informatique et du génie électronique nécessaires au développement du matériel et des logiciels informatiques.