Qu’est-ce que la conception mécanique assistée par ordinateur (MCAD) ?

La conception mécanique assistée par ordinateur (MCAD) est un outil d’ingénierie utilisé pour créer des conceptions numériques, des simulations et de la documentation pour des pièces et des assemblages mécaniques. Le MCAD remplace les méthodes de dessin traditionnelles et permet aux ingénieurs de créer des dessins 2D précis et des modèles 3D détaillés de composants mécaniques avant la construction physique de prototypes.

Le processus MCAD est basé sur un atelier numérique qui permet aux ingénieurs de tester leurs idées sans consommer de ressources ni de temps. Il réduit les erreurs coûteuses pendant le processus de production et permet aux équipes d’accélérer le développement, du concept à la mise sur le marché. Les représentations numériques créées via le MCAD deviennent une source unique de vérité tout au long du cycle de développement du produit.

Les fabricants de l’aérospatiale, de l’automobile et des dispositifs médicaux sont tous des exemples types d’industries qui utilisent le MCAD quotidiennement. Cette technologie est devenue une nécessité pour les organisations qui doivent équilibrer innovation, rapidité et précision. Lorsque le MCAD est intégré à un logiciel de gestion du cycle de vie des produits (PLM), les organisations acquièrent un contrôle supplémentaire sur les données de conception et peuvent lier les décisions de conception mécanique au cycle de vie global du produit.

Comment fonctionne la conception mécanique assistée par ordinateur

Le logiciel MCAD exploite des relations intelligentes et la modélisation paramétrique pour propager les modifications à l’ensemble de la conception lorsqu’une pièce est modifiée. Les ingénieurs économisent d’innombrables heures de reconfiguration et maintiennent la cohérence tout au long du processus d’assemblage en mettant à jour leurs conceptions une variable à la fois.

Les logiciels de simulation permettent aux ingénieurs de tester leurs conceptions de diverses manières pour simuler des environnements réels. L’intégrité structurelle, la température, le débit, etc., ainsi que d’autres facteurs environnementaux, sont tous testés avant la création du produit. Tester de cette manière aide à identifier les problèmes potentiels avant de dépenser de l’argent dans de multiples versions de prototypes.

L’intégration des systèmes PLM et de gestion des données produits (PDM) favorise la collaboration entre les membres de l’équipe travaillant sur différents composants d’un même projet. Des plateformes comme Aras permettent aux utilisateurs de MCAD de connecter leurs outils à la communauté plus large du développement de produits. Pendant que les membres de l’équipe travaillent sur divers aspects du produit, le ou les outils utilisés suivent toutes les révisions de conception et fournissent une version finale unique de la conception.

Les outils MCAD fournissent la documentation nécessaire pour transformer une conception numérique en un produit manufacturé. La documentation comprend des dessins techniques détaillés, une nomenclature complète (BOM) et des instructions de production. L’automatisation de ce processus élimine les erreurs de communication potentielles entre la conception et la fabrication.

Caractéristiques clés des logiciels MCAD

Les outils MCAD modernes offrent une multitude de fonctions qui travaillent de concert pour réaliser tous les aspects de la conception mécanique, de la conceptualisation à la fabrication.

• Modélisation paramétrique 3D : À mesure que les concepteurs créent des modèles 3D définis de manière paramétrique (où chaque dimension est représentée par une équation), la conception se met à jour automatiquement (par opposition à une mise à jour manuelle utilisant des techniques de dessin traditionnelles), garantissant que tous les modèles restent cohérents et exempts d’erreurs géométriques lors de l’assemblage.
• Simulation et analyse par éléments finis (FEA) : Avant de créer des prototypes coûteux, les équipes peuvent simuler des conceptions dans des conditions réelles. Les concepteurs peuvent évaluer les performances structurelles, thermiques et dynamiques dans le même environnement que celui où ils conçoivent. L’identification précoce des points de défaillance potentiels peut permettre d’économiser du temps et de l’argent.
• Gestion des assemblages : Le MCAD peut gérer des produits complexes comportant des centaines, voire des milliers de composants individuels. Le logiciel suit la manière dont les composants s’assemblent et identifie automatiquement les problèmes d’interférence. Les assemblages volumineux restent organisés et faciles à gérer.
• Dessin et documentation technique : Le MCAD peut générer des dessins d’ingénierie 2D comprenant les dimensions, les annotations et les spécifications pour la fabrication. Les mises à jour de la documentation se produisent automatiquement lorsque le modèle 3D change. L’automatisation des mises à jour de documentation basée sur les modifications du modèle 3D élimine les incohérences entre les modèles et les dessins.
• Intégration avec PLM/PDM : Les outils MCAD peuvent s’intégrer à des logiciels PLM plus larges pour centraliser les informations de conception et permettre une collaboration transversale. Un contrôle automatique des versions est également effectué. Plutôt que de travailler avec des documents obsolètes stockés à divers endroits, tels que des e-mails et des disques partagés, l’équipe aura toujours accès à la conception approuvée la plus récente.
• Interopérabilité : Les meilleurs systèmes MCAD transfèrent les informations de manière transparente vers les outils de fabrication assistée par ordinateur (CAM) et d’ingénierie assistée par ordinateur (CAE), soit directement, soit via des formats de fichiers neutres. L’interopérabilité ouverte signifie que les entreprises ne seront pas enfermées dans un seul outil et utiliseront le meilleur outil pour une fonction particulière. Une fois de plus, les données de conception circulent librement à travers l’ensemble du fil numérique (digital thread).

Avantages de l’utilisation du MCAD

Les entreprises peuvent tirer plusieurs avantages de l’utilisation du MCAD dans le développement de produits. Ces avantages fondamentaux se situent dans les domaines du temps, du coût et de la qualité du produit final, mesurés à toutes les étapes du cycle de développement du produit.

• Mise sur le marché plus rapide : L’itération et l’automatisation de la conception réduisent le temps de développement du produit de plusieurs mois à quelques semaines.
• Conceptions plus précises et produits de meilleure qualité : Les modèles numériques qui représentent fidèlement les produits éliminent les erreurs de cotation et détectent les problèmes de conception avant la fabrication.
• Potentiel d’innovation accru : La simulation de différentes possibilités de conception permet aux concepteurs de tester et d’évaluer le potentiel de performance du produit sans investissement financier dans la production de prototypes.
• Réduction du coût des prototypes : La simulation des performances du produit élimine le besoin de construire plusieurs prototypes physiques d’un produit et réduit considérablement le coût des matériaux utilisés pour le prototypage.
• Amélioration de la communication entre les équipes : Une plateforme numérique partagée permet la communication entre les équipes de conception, d’ingénierie et de fabrication, ainsi qu’avec les autres parties prenantes du processus de développement du produit.
• Conformité réglementaire facilitée : L’automatisation de la création de documents de conformité et la création d’un enregistrement électronique pour les audits rendent la conformité aux exigences réglementaires plus facile et moins coûteuse.
• Potentiel de réutilisation de la conception plus élevé : Les bibliothèques de composants standard et de modèles accélèrent le développement futur des produits et le rendent plus cohérent dans toutes les gammes de produits.

MCAD vs ECAD

Bien que tous deux fassent partie de la conception assistée par ordinateur (CAO/CAD), la conception mécanique assistée par ordinateur (MCAD) et la conception électronique assistée par ordinateur (ECAD) sont des domaines distincts d’application de l’ingénierie dans la conception de produits. Le MCAD se concentre principalement sur la conception de composants mécaniques, notamment les boîtiers, les engrenages, les supports, etc., tandis que l’ECAD se concentre sur la conception de systèmes électroniques, tels que les circuits imprimés (PCB) et les schémas de circuits.

À ce titre, la sortie des outils MCAD est généralement un modèle tridimensionnel d’une pièce ou d’un assemblage qui définit les propriétés physiques du ou des composants, y compris le type de matériau, les tolérances, etc. Cependant, la sortie des outils ECAD comprend des schémas électroniques, des configurations de PCB et des informations de routage électrique (entre autres), qui définissent comment un système électronique fonctionnera et communiquera avec son environnement.

Les produits modernes, qui estompent de plus en plus les lignes entre conception mécanique et électronique (ex. : smartphones, appareils IoT, etc.), ont créé un besoin croissant d’intégrer les deux disciplines dans la conception de produits. Dans ce contexte, il devient nécessaire que le boîtier mécanique s’adapte au placement des composants électroniques sur les PCB, que les systèmes de gestion thermique soient conçus pour dissiper efficacement la chaleur des composants électroniques, et que les connecteurs s’interfacent correctement entre les domaines mécanique et électronique.

Pour cette raison, l’intégration entre les plateformes MCAD et ECAD est devenue une exigence concurrentielle. Les équipes développant des produits doivent vérifier que leurs PCB électroniques s’insèrent physiquement dans leurs boîtiers mécaniques avant de s’engager dans la production. Si une équipe découvre tard dans le processus de conception que ses composants ne s’assemblent pas, ou que leurs exigences thermiques entrent en conflit avec les contraintes mécaniques du boîtier, elle peut encourir des coûts de reconfiguration importants. En conséquence, les plateformes qui permettent le transfert de données entre les applications MCAD et ECAD peuvent faciliter une transition en douceur entre les phases de conception et identifier les problèmes d’intégration potentiels dès le début.

Cas d’utilisation et applications industrielles du MCAD

Dans presque toutes les industries où les produits sont conçus et fabriqués, le MCAD est devenu un outil essentiel pour une production efficace et précise. Voici quelques-unes des applications et cas d’utilisation industriels les plus courants.

• Automobile : Tous les aspects de l’ingénierie automobile (ex. : conception de blocs moteurs, systèmes de suspension, etc.) utilisent des outils MCAD. Le MCAD peut gérer et simuler des milliers de pièces interdépendantes qui doivent fonctionner correctement dans des conditions de travail extrêmes.
• Aérospatiale et défense : Le MCAD permet aux fabricants de concevoir des systèmes mécaniques complexes et performants qui répondent aux exigences des spécifications, tout en validant leurs performances via des modèles de simulation avant les essais en vol.
• Fabrication de dispositifs médicaux : Les fabricants de dispositifs médicaux utilisent le MCAD pour concevoir des outils chirurgicaux, des implants médicaux et des équipements de diagnostic avec un niveau de détail et de précision élevé. Le MCAD soutient également les exigences de conformité réglementaire de l’industrie de la santé grâce à la documentation.
• Machines industrielles : Les équipes de machines industrielles conçoivent et fabriquent des équipements de production, de la robotique et des lignes de production qui seront fiables pendant de nombreuses années, ce qui nécessite la modélisation détaillée des assemblages complexes avec des pièces mobiles qu’offre le MCAD.
• Produits de consommation : Les concepteurs de produits de consommation utilisent le MCAD pour concevoir des produits fonctionnels tels que des smartphones, des appareils portables et des appareils ménagers, avec l’attention portée aux détails nécessaires pour insérer des composants dans un espace restreint.
• Fabrication de haute technologie : Les fabricants construisent des équipements de semi-conducteurs et des équipements de fabrication avancés qui nécessitent une ingénierie précise. Le MCAD est utilisé pour atteindre la précision submillimétrique nécessaire à ce type de fabrication.
• Énergie et services publics : Les entreprises d’énergie et de services publics conçoivent et fabriquent des turbines, des pompes, des vannes et des équipements de production d’énergie qui doivent pouvoir survivre à des environnements exigeants. Compte tenu de la longue durée de vie des produits d’énergie et de services publics, une documentation précise est cruciale.

Les entreprises de ces secteurs s’appuient sur le MCAD intégré aux systèmes PLM pour maintenir le contrôle sur les conceptions mécaniques complexes tout au long du cycle de vie du produit.

L’avenir du MCAD

La collaboration en temps réel via les technologies MCAD dans le cloud a transformé la façon dont les ingénieurs travaillent ensemble. L’accès à toutes les informations, à tout moment et de n’importe quel endroit, a supprimé les barrières associées aux méthodes basées sur les fichiers et à la disponibilité limitée des stations de travail individuelles. Plusieurs équipes distribuées peuvent accéder simultanément à une seule conception sans avoir à gérer les problèmes de contrôle de version courants dans les premières générations de logiciels CAO.

L’intelligence artificielle se généralise dans de nombreuses applications pratiques impliquant le MCAD. Des algorithmes d’optimisation de conception génèrent des milliers de possibilités, compte tenu de paramètres de conception tels que le poids, l’intégrité structurelle et les méthodes de fabrication. Les concepteurs saisissent les paramètres de conception, et l’IA identifie les solutions de conception optimales.

Les jumeaux numériques représentent la convergence du MCAD avec l’intelligence opérationnelle. Les modèles mécaniques créés lors de la conception deviennent des représentations vivantes connectées aux données réelles de performance du produit. Les capteurs IoT renvoient les conditions d’utilisation réelles à la géométrie CAO d’origine, permettant une maintenance prédictive et une amélioration continue. Aras propose des solutions de jumeaux numériques qui connectent les données MCAD à l’ensemble du cycle de vie du produit, comblant le fossé entre l’intention de conception et la performance sur le terrain dans de multiples industries. Pour en savoir plus, contactez Aras dès aujourd’hui.