Soutenance mémoire
L’évolution partagée entre disciplines
Le cadre de recherche de cette thèse se base sur la subdivision de l’évolution de la définition d’un produit selon les axes temporel et organisationnel dans un contexte d’ingénierie simultanée. Notre attention se situe plus spécifiquement sur l’aspect de partage de données techniques entre disciplines en situation de changement. La dynamique permettant à un ensemble de données techniques propres à une discipline d’évoluer indépendamment d’un état initial vers un nouvel état, tel que représentée par les flèches blanches au sein de la figure 1.1(b), va de soi. Toutefois, cette dynamique d’évolution sera plus complexe lorsque le partage et l’influence de données provenant d’autres champs d’expertises, représentées par les flèches pointillées, elles-mêmes en évolution, entrent en ligne de compte. La figure 1.2 représente en quelque sorte un agrandissement de la figure 1.1(b) avec comme principal objet le partage entre deux disciplines (A et B) de données techniques en évolution lors d’une phase particulière du cycle de vie du produit, qu’elle survienne avant ou après la libération de définition du produit. Entre autres, les bulles noires représentant les données techniques sont désormais subdivisées en deux parties, l’une centrale et l’autre périphérique, distinguant chacune les données partagées entre disciplines, ou communes, des données spécifiques à chaque disciplines, ou expertes, respectivement.
Selon cette représentation de l’évolution de la définition du produit, la discipline A est caractérisée comme étant la source des données, en ce sens qu’elle génère un premier modèle synthétisant un ensemble d’informations relatives à la définition du produit. Un sousensemble de ces informations – les données communes – est ensuite partagé avec la discipline cible B (1) afin qu’elle puisse générer un second modèle à partir de ce sousensemble. Ce second modèle est alors constitué des données communes, ainsi que des nouvelles données spécifiques à la discipline cible (2). À ce point, la définition du produit n’a évolué que selon l’axe organisationnel. On dira de ces deux modèles qu’ils représentent deux points de vue dépendants sur un même état, ou une même version, de la définition du produit. Un changement s’opère éventuellement selon l’axe temporel au niveau du modèle source (3); celui-ci est raffiné ou modifié par la discipline A. Cette évolution impacte à la fois la portion commune et la portion experte des données qui y sont représentées, générant un écart, ou delta (_), entre l’état original et le nouvel état de la définition du produit.
Dans l’objectif d’assurer la cohérence des différents points de vue sur tout nouvel état de la définition du produit, les données communes du modèle source doivent être repartagées (4) vers la discipline cible B et l’évolution, incarnée par le delta au sein des données partagées, doit être propagée aux données expertes cibles. Nous identifions ici deux scénarios par lesquels l’évolution de la définition du produit selon l’axe temporel, d’abord représentée au sein d’un modèle source, se propage à un modèle cible via le partage de nouvelles données communes. Ces scénarios sont appelés respectivement la régénération du modèle cible et la transposition du changement. La figure 1.2 présente le scénario de la régénération du modèle cible, où la portion experte des données techniques spécifiques à la discipline cible est complètement régénérée en fonction du nouvel état des données communes partagées (5). Le processus initial de création de ces données expertes (2), nécessitant l’application rigoureuse du savoir-faire de la discipline, est simplement repris en totalité, assurant à la régénération le même ordre de cohérence entre les points de vue sur ce nouvel état de la définition du produit que lors de la création.
Dans le scénario de la régénération, la nature précise du delta caractérisant l’évolution au sein des données communes est négligée : sa seule existence commande la régénération du modèle cible. Il n’y a donc aucune intégration ou adaptation de ce delta du point de vue de la discipline A vers celui de la discipline B. La cohérence des points de vue de chaque discipline sur la définition du produit est facilement assurée dans ce premier scénario. Une régénération complète des données expertes de la discipline cible, basée sur l’application ponctuelle d’un savoir-faire, exige des délais importants puisque tout le travail original est repris. Ce faisant, ce scénario est jugé improductif, car la régénération de données expertes inchangées représente un investissement redondant de ressources, typiquement du tempshomme. De plus, en l’absence d’un lien de continuité entre les versions originales et régénérées de ces données expertes, aucun mécanisme autre que l’application de procédures formelles de génération (et de régénération) des données expertes ne peut garantir la cohérence des versions. La transposition du changement, illustré à la figure 1.3, constitue le second scénario. Celui-ci diffère du premier justement par le fait que l’état original des données expertes de la discipline cible n’est pas abandonné, mais conservé (4’) pour être modifié. L’intervention du spécialiste et l’application de son savoir-faire sont ainsi mieux ciblées et circonscrites que lors d’une régénération complète, réduisant le délai nécessaire à la propagation du changement. La modification des données expertes en B (6’) en fonction du nouvel état des données communes exige toutefois que la nature du delta ainsi transmis (5’) soit connue. L’impact du changement ainsi transposé vers les données spécifiques à la discipline cible peut alors être évalué plus minutieusement.
Exemple de partage de la géométrie entre études et méthodes
La notion de partage de données entre disciplines ayant lieu lorsque la définition du produit évolue dans le cycle de vie du produit (axe organisationnel) abordée jusqu’ici se concrétise ici dans le cas du partage de la géométrie d’une pièce mécanique entre les bureaux d’études et des méthodes au sein d’une entreprise. L’ingénierie d’études ou de conception correspond par exemple à la discipline source d’où origine la définition de la géométrie de la pièce, et l’ingénierie des méthodes ou de fabrication représente la discipline cible requérant le partage de cette géométrie pour la définition de la réalisation de cette pièce. Ainsi, à un moment donné de l’évolution de la pièce dans le temps, chaque discipline gère un modèle qui lui est propre où la géométrie de la pièce est représentée : il s’agit ici des données communes. La figure 1.4 représente l’exemple décrit ici selon le schéma générique de transposition présenté précédemment à la figure 1.3. On y retrouve les mêmes concepts – données communes et données expertes spécifiques à chaque discipline – incarnés cette fois par des concepts plus concrets tels la géométrie et des schémas de cotation, respectivement, ainsi que les mêmes étapes du processus d’évolution. Comme données expertes du point de vue de la conception, le schéma de cotation fonctionnelle, directement dépendant de la géométrie, est obtenu à la suite de l’analyse fonctionnelle de la pièce au sein du produit dont elle fait partie. À la suite du partage des données géométriques (1), l’ingénieur des méthodes conservera la géométrie du produit pour y joindre un schéma de cotation différent (2), soit celui de fabrication qui regroupe notamment les cotes-machines, les cotes-outils et les cotes d’appareils, comme résultat de la préparation d’une gamme d’usinage. Certes, le schéma de cotation fonctionnelle sera consulté ou « consommé » par les méthodes puisqu’il définit littéralement la pièce, mais celui-ci n’est pas conservé intégralement.
Une modification apportée par le bureau d’études au modèle de conception (3) peut l’être au niveau de la géométrie elle-même ou au niveau du schéma de cotation fonctionnel qui, communément, entraînera ensuite une modification de la géométrie. Dans l’exemple de la figure 1.4, deux surfaces planes sont identifiées comme le delta géométrique ayant pour source ou pour impact, selon les motifs soutenant la modification, le redimensionnement de trois cotes fonctionnelles sur cinq. On dénote du coup deux représentations, à des niveaux d’abstraction différents, de l’évolution du modèle de conception : une représentation purement géométrique et une représentation dimensionnelle. Au niveau du modèle de fabrication, la modification du schéma de cotation de fabrication en fonction de la géométrie évoluée, telle que prescrit par le scénario privilégié de la transposition, commande avant tout la conservation temporaire du schéma original (4’) en lien avec la géométrie, préservant un lien de continuité entre les versions du modèle de fabrication. Le partage du delta (5’) vers le modèle de fabrication doit ensuite permettre l’identification précise des cotes de fabrication impactées par l’évolution (6’). Ici, malgré un niveau d’abstraction commun – une même notation symbolique, qui plus est – la représentation du delta partagé du modèle de conception vers le modèle cible ne peut pas être sous la forme de cotes, puisque les deux schémas présentent des éléments et une structure qui sont propres aux raisonnements de chaque discipline. Le contenu commun des deux modèles est géométrique : le partage du delta afin de transposer celui-ci au schéma de cotation de fabrication doit donc se faire au niveau géométrique.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 PROBLÉMATIQUE DE RECHERCHE, POSTULATS ET OBJECTIFS
1.1_ Problématique de recherche
1.1.1_ Évolution de la définition d’un produit
1.1.2_ L’évolution partagée entre disciplines
1.1.3_ Exemple de partage de la géométrie entre études et méthodes
1.2_ Postulats de recherche
1.2.1_ Scénario de la transposition du changement
1.2.2_ Nature des données partagées
1.2.3_ Dispersion du modèle du produit
1.3_ Objectifs des travaux
1.3.1_ Premier objectif spécifique : Localiser avec précision
1.3.2_ Second objectif spécifique : Communiquer la différence
1.3.3_ Troisième objectif spécifique : Formaliser l’évolution
1.4_ Synthèse
CHAPITRE 2 MÉTHODOLOGIE DE RECHERCHE
2.1_ Phase 1 : Revue des méthodes de comparaison géométrique
2.2_ Phase 2 : Expérimentations logicielles
2.2.1_ Stage en développement logiciel
2.2.2_ Évaluation de l’offre logicielle
2.3_ Phase 3 : Représentation des scénarios d’application de la comparaison géométrique
2.4_ Phase 4 : Modèle de représentation des différences
2.5_ Phase 5 : Procédure de calcul des différences basée sur le modèle proposé
2.6_ Phase 6 : Transposition du modèle de représentation au contexte de réutilisation
CHAPITRE 3 COMPARING 3D CAD MODELS: USES, METHODS, TOOLS AND PERSPECTIVES
3.1_ Abstract
3.2_ Introduction
3.3_ Use cases of 3D CAD model comparison
3.3.1_ Identifying the solution domains
3.3.2_ Product information reuse
3.3.3_ Product rationalization and standardization
3.3.4_ CAD modeling management
3.3.5_ CAD data translation/remastering
3.3.6_ CAx model authoring
3.3.7_ Engineering Change Management
3.3.8_ Synthesis
3.4_ Characterizing 3D CAD difference calculation methods
3.4.1_ 3D CAD representations used for comparison
3.4.1.1_ Procedural representation
3.4.1.2_ Boundary representation (B-Rep)
3.4.1.3_ Planar facet tessellations
3.4.1.4_ Decomposition models
3.4.2_ Geometric comparison
3.4.2.1_ Global geometric properties
3.4.2.2_ Point-to-part deviation
3.4.2.3_ Spatial occupancy comparison
3.4.3_ Data structure matching and comparison
3.4.3.1_ Static identity-based matching
3.4.3.2_ Signature-based matching
3.4.3.3_ Similarity-based matching
3.4.3.4_ Syntax-specific matching
3.4.4_ Pose registration
3.4.5_ About comparing B-Rep models
3.4.6_ Relevance in a MDI problem
3.5_ Inventorying the current MDI-capable software tools
3.5.1_ 3D CAD systems
3.5.2_ 3D CAD validation tools
3.5.3_ 3D CAD visualization and collaboration tools
3.5.4_ Other software
3.6_ Perspectives
3.6.1_ Difference representation
3.6.2_ Search for representation completeness
3.6.3_ Parametric representation of geometric differences
3.7_ Conclusion
CHAPITRE 4 3D CAD MODEL COMPARISON: AN EVALUTION OF MODEL DIFFERENCE IDENTIFICATION TECHNOLOGIES
4.1_ Abstract
4.2_ Introduction
4.3_ An overview of 3D CAD model comparison
4.3.1_ Application and solution domains
4.3.2_ Components of model difference identification (MDI)
4.3.3_ Difference calculation methods
4.4_ Evaluation methodology
4.4.1_ Engineering change management scenario
4.4.2_ Evaluated comparison tools
4.4.3_ Preprocessing and configurable settings
4.4.4_ Evaluation criteria and rating scale
4.5_ Comparing procedural representations of 3D CAD models
4.5.1_ Scenario
4.5.2_ Evaluated comparison tools
4.5.3_ Preprocessing and configurable settings
4.5.4_ Results
4.6_ Comparing explicit geometry
4.6.1_ Scenario
4.6.2_ Evaluated software tools
4.6.3_ Preprocessing and configurable settings
4.6.4_ Results
4.6.4.1_ Calculation recall and precision (EC#1 & EC#2)
4.6.4.2_ Representation range and accuracy (EC#3 & EC#4)
4.6.4.3_ Visualization discernability (EC#5)
4.6.5_ Additional evaluation trials
4.7_ Conclusion
CHAPITRE 5 A THREE-STEP APPROACH FOR STRUCTURING 3D CAD MODEL COMPARISON SCENARIOS
5.1_ Abstract
5.2_ Introduction
5.3_ Review of 3D CAD model comparison scenarios
5.3.1_ CAD data translation/remastering
5.3.2_ Product information reuse
5.3.3_ Engineering change management
5.4_ Structuring 3D CAD model comparison scenarios
5.4.1_ Identifying the basic function of the comparison
5.4.2_ Developing the reference/target relationship
5.4.2.1_ The four core concepts of modeling
5.4.2.2_ Relating the compared model’s definitions
5.4.2.3_ Relating the compared model’s formalisms
5.4.3_ Identifying the inquiring and inquired processes
5.5_ Structuring a typical design reuse scenario
5.5.1_ Design reuse via the shape-based retrieval of 3D CAD models
5.5.2_ Geolus Search® shape-based retrieval solution
5.6_ Conclusion
CHAPITRE 6 IDENTIFICATION OF SHAPE DIFFERENCES BETWEEN 3D CAD MODELS USING GEOMETRICS CONSTRAINTS. PART I: DIFFERENCE MODELING
6.1_ Abstract
6.2_ Introduction
6.3_ Review
6.3.1_ Model difference identification
6.3.2_ CAD model difference representation
6.3.3_ Parametric and dimensional differences
6.4_ Model difference identification problem
6.4.1_ The ECM scenario
6.4.2_ The part design reuse scenario
6.4.3_ Key characteristics _
6.5_ Model comparison based on explicit geometric constraints
6.6_ Breakdown of an explicit geometric constraint schema
6.6.1_ Physical vs auxiliary shape elements
6.6.2_ The arity of EGCs
6.6.3_ Elementary vs composite EGCs
6.6.4_ Directed vs Undirected EGCs
6.7_ Difference modeling
6.7.1_ Explicit CAD data representation
6.7.2_ CAD data meta-model
6.7.2.1_ Shape Elements
6.7.2.2_ Constraint Elements
6.7.2.3_ Design parameters
6.7.3_ Difference meta-model (DMM)
6.8_ Discussion
6.8.1_ Implicit geometric constraints
6.8.2_ Direct 3D CAD modeling
6.8.3_ Product manufacturing information
6.9_ Conclusion
CHAPITRE 7 IDENTIFICATION OF SHAPE DIFFERENCES BETWEEN 3D CAD MODELS USING GEOMETRICS CONSTRAINTS. PART II: EXPLICIT GEOMETRIC CONSTRAINT SCHEMA TRANSPOSITION
7.1_ Abstract
7.2_ Introduction
7.3_ Related work
7.3.1_ Topological entity matching
7.3.2_ B-Rep-based parametric difference calculation
7.4_ Approach and related concepts
7.4.1_ Explicit geometric constraints
7.4.2_ Properties and attributes of EGCs
7.5_ B-Rep shape element matching
7.6_ Auxiliary shape element transposition
7.6.1_ Defining vs dependant EGCs
7.6.2_ Solving for an intermediate variable
7.6.3_ Enforceable relationships
7.6.4_ Rules for selecting enforced relationships
7.6.5_ Procedure for ASE transposition
7.6.5.1_ Duplicating ASE and corresponding relationships
7.6.5.2_ Enforcing implicit relationships
7.6.5.3_ Finding ASEs for transposition via EGC enforcement
7.6.5.4_ Evaluation mode
7.6.5.5_ Sorting assessed ASEs
7.7_ Procedure for ECG transposition
7.7.1_ Searching for TSE
7.7.2_ Checking geometric compatibility
7.7.3_ Locating difference through transposed logical EGC
7.7.4_ Locating difference through transposed dimensional EGC
7.8_ Example: 2D CAD sketches
7.8.1_ Difference model and shape element mappings
7.8.2_ ASE Transposition
7.8.3_ EGC transposition
7.8.4_ Summary
7.8.5_ Discussion
7.9_ Conclusion
CHAPITRE 8 INTEGRATION OF EXPLICIT GEOMETRIC CONSTRAINTS IN THE COMPARISON OF 3D CAD MODELS FOR PART DESIGN REUSE
8.1_ Abstract
8.2_ Introduction
8.3_ Background
8.3.1_ Composition of the MDI Problem
8.3.2_ Design-Oriented Difference Representation
8.4_ Difference Meta-Model (DMM)
8.4.1_ Application settings
8.4.2_ Explicit Representation
8.4.3_ Shape Difference Calculation
8.5_ Explicit Geometric Constraints Re-Evaluation
8.5.1_ Pre-processing of Explicit Geometric Constraints
8.5.2_ Boundary and Auxiliary Shape Elements
8.5.3_ Generating Auxiliary Shape Elements in the Target Model
8.6_ Example: 2D Sketches
8.7_ Conclusion
CHAPITRE 9 SYNTHÈSE ET DISCUSSION
9.1_ Contributions
9.1.1_ Comparaison basée sur les contraintes géométriques
9.1.2_ Contribution à l’état de l’art
9.1.3_ Classification des scénarios de comparaison des modèles CAO
9.1.4_ Parallèle entre modèles CAO et modèles de logiciels
9.2_ Limitations et recommandations
9.2.1_ Comparaison géométrique par les frontières
9.2.1.1_ Représentation topologique de différences géométriques
9.2.1.2_ Géométries complexes
9.2.2_ Contraintes géométriques explicites
9.2.2.1_ Contraintes géométriques implicites
9.2.2.2_ Modélisation CAO explicite en trois dimensions
9.2.2.3_ Cotes dimensionnelles et tolérances géométriques
9.2.3_ Synthèse des recommandations
CONCLUSION
ANNEXE I INFORMATIONS RELATIVES À LA PUBLICATION D’ARTICLES CONSTITUANT CETTE THÈSE
ANNEXE II EXTRAITS DE LA VALIDATION DES ALGORITHMES DE TRANSPOSITION DES ÉLÉMENTS DE FORME AUXILIAIRES
BIBLIOGRAPHIE
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