Ingénierie holistique

La simulation soutient le développement efficient de produits 

Ingénierie holistique

Des simulations permettent de calculer les processus les plus divers sur des ordinateurs à haute performance. Il s'agit par exemple de l'écoulement dans une soupape ou de la sollicitation d'un composant mécanique.

Il est possible ainsi de prévoir la fonction d'un produit, avant même que le premier prototype ne soit fabriqué. Désormais, il est possible de simuler la plupart des phénomènes physiques. Par conséquent, la diversité des méthodes de simulation utilisées chez Festo est considérable.

La simulation chez Festo

Festo jouit d'une longue tradition dans l'application efficiente de procédés modernes. Les premiers pas furent déjà entrepris en 1983, alors que l'informatique en était encore à ses premiers balbutiements. Depuis, la simulation est devenue une composante indéboulonnable de pratiquement tous les processus de recherche et de développement. Les procédés évoluent rapidement et exigent une méthode de travail scientifique.

Souvent, les simulations demandent beaucoup de temps. L'efficience du matériel et du logiciel est importante. C'est pourquoi les calculs de grande envergure sont délocalisés vers un cluster d'ordinateurs performant. Festo travaille avec des programmes fournis par des fabricants de renom issus des domaines d'application les plus divers.

Résistance des composants et déformation

Les composants soumis à une charge se déforment. Parfois plus, tels les joints en caoutchouc, parfois moins, comme les couvercles en aluminium de vérins. Pour calculer ces déformations, on utilise la méthode des éléments finis (MÉF, ou FEM pour Finite Elements Method). Les spécialistes de la simulation dans la recherche soutiennent le développement dans les domaines suivants :

  • Mécanismes et systèmes
  • Électronique, magnétisme, technique piézoélectrique
  • Logiciels et modèles

Écoulement et échange thermique

Pour la pneumatique et l'automatisation de process, l'écoulement dans les composants joue un rôle déterminant pour la fonction. Le débit, la perte de pression, les forces d'écoulement et le rendement sont simulés au moyen de la dynamique des fluides, abrégée CFD. Cette méthode est également appliquée à la construction aéronautique et automobile.

La simulation de l'écoulement fait face à différents obstacles :

  • en pneumatique, l'écoulement atteignant souvent une vitesse supersonique en présence de sections étroites, le débit est limité. Dans ces cas, la simulation offre des approches pour optimiser le process.
  • Dans les écoulements de liquides dans l'automatisation de process, la cavitation, c'est-à-dire la formation de bulles d'air, constitue un défi qui doit être relevé avec maîtrise.
  • Dans les composants électroniques, l'écoulement joue un rôle important dans le contexte de leur refroidissement.

Moulage par injection et coulée sous pression

Tant dans le moulage par injection de matières plastiques que dans l'aluminium moulé sous pression, on presse du matériau liquide dans un moule en acier, où il refroidit et se rigidifie. Il est possible ainsi de réaliser des moules complexes à moindres coûts.

La matière plastique fondue est très visqueuse. En revanche, l'aluminium fondu est très liquide et forme ainsi un écoulement turbulent dans lequel on peut insérer de l'air. Il en résulte des cavités indésirées qui atténuent la stabilité.

La simulation permet de prévoir par exemple si le moule sera bien rempli, si le composant risque de se déformer, où se formeront des inclusions d'air. Puis, le composant, l'outil et les paramètres de traitement pourront être adaptés pour minimiser ou éviter des effets indésirés.

Logiciels et modèles CAE

  • FEM non linéaire / Mécanique des structures : Abaqus Standard et Abaqus Explicite
  • Évaluation de l'endurance : Femfat
  • FEM pour la technique des microsystèmes : Ansys Multiphysics
  • FEM pour l'électrodynamique : Ansys Maxwell
  • CFD / Dynamique des fluides : Ansys CFX et StarCCM+
  • CFD / Refroidissement des composants électroniques : FloTherm
  • Simulation de moulage par injection : Moldex3D, Moldex eDesign
  • Simulation de coulée sous pression : Flow3D

Simulation des systèmes

À quelle vitesse un objet peut-il être déplacé de A vers B au moyen de la technique des entraînements pneumatiques ou électriques ? Quels composants de Festo conviennent dans ce cas et quels réglages sont nécessaires ? Quelles cadences peut-on atteindre ?

La simulation du comportement dynamique pour des actionneurs linéaires et rotatifs ainsi que pour les mécanismes et les systèmes de manutention permet de répondre à ces questions.

On calcule toutes les grandeurs cinématiques et dynamiques, telles les positions, vitesses, accélérations, pressions, forces, moments et débits ou courants. Festo a développé un logiciel de simulation qui comprend des modèles vérifiés de tous les produits catalogue significatifs de Festo.

Combiné à des logiciels de simulation commerciaux multicorps, il permet également de concevoir des mécanismes et des systèmes de manutention.

En plus de la personnalisation d'applications spécifiques, on utilise également ces outils pour réaliser des analyses dynamiques pour la création ou le perfectionnement de produits Festo et soutenir ainsi le travail des développeurs et les concepteurs.

Logiciels et modèles de simulation de système

  • MKS / Dynamique multicorps : MSC Adams
  • Actionneurs pneumatiques-mécaniques et électromécaniques CACOS (développé par Festo)
  • Simulation de systèmes physiques techniques ainsi que développement de régulateurs : Matlab/Simulink