Contributeurs GT#14:

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Prospectives Irfu/IN2P3 Avril 2012 F. Ardellier Conception mécanique et Intégration système Groupe de Travail # 14 : Instrumentation et détection Contributeurs GT#14: Shebli Anvar, Florence Ardellier, Nicolas Arnaud, Florian Bauer, Denis Bernard, Jean-Marie Brom, Giovanni Calderini, Denis Calvet, Sandrine Cazaux, Maximilien Chefdeville, Jean-Claude Clemens, Paul Colas*, Rémi Cornat, Philippe de Antoni, Eric Delagnes, Alain Delbart, Jérome Donnard, Frédéric Chateau, Christian Finck, Philippe Galdemard, Xavier Grave, Giulia Hull, Fabien Jeanneau, Roman Kossakowski, Imad Laktineh, Eric Legay, Olivier Limousin, Stefanos Marnieros, Gisèle Martin- Chassard, Damien Neyret, Christian Olivetto, Laurent Olivier, Julien Pancin, Jean Peyré*, Michel Piat, Véronique Puill, Roman Pöschl, Sylvie Rosier-Lees, Eric Wanlin, Isabelle Wingerter-Seez, Marc Winter*, Dominique Yvon. *: animateurs

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Conception mécanique et Intégration système Groupe de Travail # 14 : Instrumentation et détection. Contributeurs GT#14: - PowerPoint PPT Presentation

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Prospectives Irfu/IN2P3 Avril 2012 F. Ardellier

Conception mécanique et

Intégration système

Groupe de Travail # 14 : Instrumentation et détection

Contributeurs GT#14: Shebli Anvar, Florence Ardellier, Nicolas Arnaud, Florian Bauer, Denis Bernard, Jean-Marie Brom, Giovanni Calderini, Denis Calvet, Sandrine Cazaux, Maximilien Chefdeville, Jean-Claude Clemens, Paul Colas*, Rémi Cornat, Philippe de Antoni, Eric Delagnes, Alain Delbart, Jérome Donnard, Frédéric Chateau, Christian Finck, Philippe Galdemard, Xavier Grave, Giulia Hull, Fabien Jeanneau, Roman Kossakowski, Imad Laktineh, Eric Legay, Olivier Limousin, Stefanos Marnieros, Gisèle Martin-Chassard, Damien Neyret, Christian Olivetto, Laurent Olivier, Julien Pancin, Jean Peyré*, Michel Piat, Véronique Puill, Roman Pöschl, Sylvie Rosier-Lees, Eric Wanlin, Isabelle Wingerter-Seez, Marc Winter*, Dominique Yvon. *: animateurs

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1. Etat des lieux

2. Propositions d’orientations 2012-2020a. Outils : logiciels de modélisation et simulationb. Méthodologie

3. Conclusion

Plan de la présentation

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• Instruments innovants, complexes, intégrés, compacts et gigantesques, plus performants…

• Environnements contraints: faisceaux intenses, champ magnétique, accessibilité, sureté, …

• Fiabilité , cycle de vie « long »

• Nouveaux matériaux

• Nombre de prototypes limités

• Collaborations internationales avec multiples interlocuteurs et outils

• Fractionnement des contributions et complexification des interfaces

Outils logiciels : • Modélisation CAO • Simulations numériques

Méthodologie

Contexte : exigences

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Etat des lieux 2012

Conception Thermomécanique

et Intégration

Optique

Cryogénie

Vide

Magnétisme

Science des matériaux

Assemblage Intégration

Radioprotection

Environnement spatial

Cycle de vie produit

Electronique

CoûtQua

lité

Conception et intégrations m

écanique et therm

ique s’insèrent a

u sein

d’une ingénierie sy

stème plurid

isciplinaire

Gestion des interfaces

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CAO 3D

REALISATION - INTEGRATION / TESTS

SIMULATIONS

3 domaines de compétences interdépendants

Ingénierie

Conception thermomécaniques

et Intégration

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Tracjectographe

Hall B JLAB

CAO : outil de conception, dès la phase amont …

Tuile Micromegas courbée

Dès la phase amont :

Implantation

Définition des interfaces et partage de lots

Central Tracker

Illustration : CLAS 12GeV JLAB Hall B

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Détecteurs « Forward » (IRFU)

Détecteurs « Barrel » (IRFU)

Tube porteur (USA)

Servitudes

Electronique « Barrel » (IRFU)

Electronique « Forward»

CAO : … outil d’échanges : support au processus itératif … Electroniciens(dissipation thermique, CEM, …)

Intégration détecteurs, Instrumentaliste (process, …)Contrôle commande

(Implantation, CEM, …)

Maîtrise d’œuvreElectroniciens, CEM …

Intégration détecteurs, Instrumentaliste (process, …)

Simulations thermiques

Simulations mécaniques

CLAS12 GeVTrajectograph

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6. Détecteur prêt pour te

sts

géométrique & physique

4. Installation de la dérive

1. Mandrin rayon détecteur

3. Réglette de maintien, pions de

positionnement & Structure carbone

5. Connecteurs

2. PCB & mise sous pression

Préparation de la gamme de montage du détecteur Micromegas

7. Métrologie

CAO : … outil d’anticipation des scénarii d’assemblage et tests…

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CAO… préparation de l’installation sur site…

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De la CAO … au prototypage, intégrations tests

Mise en œuvre de « Prototype »:Basé sur le savoir faire

• Vérifier des performances • Optimiser le process• Suivi fabrication / intégration• Coût…

… validation pour la « série » ?

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• Optimisation thermomécanique au plus proche des limites

• Respect des exigences géométriques

• Mise en œuvre de nouveaux matériaux

• Certifications

• Contraintes de coût et ressources, d’ergonomie, de délai…

ANSYS :- Elasticité linéaire / non linéaire – statique et dynamique - Thermique linéaire / non linéaire stationnaire et transitoire

- Thermohydraulique (ANSYS- CFX et ANSYS Fluent )

CAST3M (CEA, accès au code) :Calculs par éléments finis

NX NASTRAN (Spatial) :requis pour les échanges avec le CNES

SICAPNET (CODAP) Appareils sous pression

Logiciel calculs

Objectifs Logiciels utilisés

SALOME : plateforme multi-physiques OPEN SOURCE

(prétraitement/post traitement)

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Propositions d’orientations 2012 – 2020

1. Outils logicielsa. Modélisation CAO et simulationsb. Echanges de données

2. Méthodologie 1. Liens avec l’industrie2. Vers l’ingénierie concourante

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Etat des lieux 2012

Conception thermomécanique

et Intégration

Optique

Cryogénie

Vide

Magnétisme

Science des matériaux

Assemblage Intégration

Radioprotection

Environnement spatial

Cycle de vie produit

Electronique

CoûtQua

lité

2012 : gestion des interfaces

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Prospectives 2012-2020

Conception thermomécaniquee

t IntégrationSystème

Optique

Vide

Cryogénie

Magnétism

e

Science des matériaux

Assemblage

Intégration

Radioprotection

Environnement

spatial

Cycle de vie

produitElectronique

Coû

tsQ

ualité

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Motivations : Simuler plus finement des systèmes complexes innovants Anticiper les comportements de plus en plus fins et précis aux limites des matériaux Mise en œuvre de nouvelles technologies, Intégration mécatronique

Thermo-hydraulique Mécanique des fluides

• CO2 diphasique

• Microcanaux

Nouvelles technologies de refroidissement

Calculs multi-échelles Calculs multi-résolutions

Matériaux Composites Tribologie

Nouveaux m

étiers/co

mpétences à

INTEGRER dans le

s sim

ulations therm

omécaniques Prospectives 2012-2020 : simulation de systèmes intégrés

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SIMULATIONS MULTIPHYSIQUES :• Plateforme Open Source ?• Produits commerciaux (Ansys, Comsol…)

Prospectives 2012-2020 : modélisation de systèmes intégrés

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Utilisation d’outils de Simulations MULTIPHYSIQUE :• Plateforme Open Source ?• Produits commerciaux (Ansys, Comsol…)

R&D IRFU sur l’utilisation de la plateforme SALOME : -plate-forme « au service » de la simulation numérique multi-physique : mécanique, thermohydraulique, mécanique des fluides, neutronique, magnétisme ...

Prospectives 2012-2020 : modélisation de systèmes intégrés

Calculs couplés

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simulations de physique (GEANT…) logiciels de calculs logiciels CAO électroniques et câblage optimisation de la fabrication (CFAO,

tolérances 3D) Workflow

Dépendance aux éditeurs Accès aux licences recherches ?

Compatibilité ascendante (Catia V5) ?

CATIA V6

Enrichir les couplages

Motivations : Prendre en compte différentes disciplines dans un modèle intégré

Prospectives 2012-2020 : conception de systèmes intégrés

pour l’intégration sur site (gammes de montage sous forme vidéo 3D, virtuels 3D…)

Améliorer la communication

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meilleurs échanges avec les industriels

meilleure traçabilité

risque d’erreurs réduit

Tolérancement 3D

Apports :

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Meilleure prise en compte de l’accessibilité et de la montabilité lors des opérations d’assemblage ou de maintenance

Meilleure visibilité sur le système pour les décideurs lors de revues de projet

Utilisation d’outils de réalité virtuelle

Apports

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Propositions d’orientations 2012 - 2020:

1. Outils logicielsa. Modélisation CAO et simulationsb. Echanges de données

2. Méthodologie 1. Liens avec l’industrie2. Vers l’ingénierie concourante

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Intégration modèle global Fabrication

Communication au sein de l’équipe projet

Sous-traitance

Défis : maitrise de la traçabilité du système

Echanges de données et archivage

Sécurité des données

Gestion de configuration

Logiciel Product Life

Management

• Coordination pour « standardiser » les formats d’échange et mises à jour

• Partage d’outils collaboratifs (plateforme)

Stratégie commune des labos IRFU / IN2P3 pour négocier Recommandations

Réseau métiers

/ plateform

e métiers

entre le

s instituts

?

Prospectives 2012-2020 : gestion et échanges de données techniques

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Propositions d’orientations 2012 - 2020:

1. Outils logicielsa. Modélisation CAO et gestion de

configurationb. Plateformes de simulationsc. Echanges de données

2. Méthodologie 1. Liens avec l’industrie2. Vers une ingénierie concourante ?

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Mettre en place stratégie industrielle pour maîtriser la multiplication de prototypes

performants

Méthodologie plus rigoureuse pour anticiper le procédé d’assemblage, tests, calibration

• Spécifications techniques• Définition de points clés • Analyse des capacités des

entreprises

Prospectives 2012-2020 : liens avec l’industrie

Phase de prototypage : Nécessité de dialogues

• Science des matériaux, nouvelles technologies• Coût• Intérêt du marché• Transfert technologique ?

Motivations : S’appuyer sur l’industrie dans le développement des futurs instruments

Proto

? ?

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Prospectives 2012-2020 : méthodologie

-Evaluer l’existant

-Identifier au plus tôt les verrous (techno, organisation, …) ou interdépendances complexes

-Prendre en compte les complémentarités des disciplines en amont

Tests calibrations

vers l’ingénierie concourante ?

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Conclusion

Propositions d’Orientations 2012 – 2020 :

• L’utilisation d’outils collaboratifs associée à une approche système permettrait de mieux maîtriser la conception d’instrument dont la complexité ne permet pas le pilotage simple d’activités indépendantes.o Importance d’une cohérence des outils CAO et simulation entre les instituts :

Modélisation CAO : couplage des logiciels pour les échanges des données pluridisciplinaires

Simulation : tests de l’utilisation de plateformes multi-physiques (open source ?)

o Maîtrise des échanges de données : Gestion de configuration Interfaces pluridisciplinaires Lien avec l’industries

• Méthodologie : s’inspirer de l’ingénierie concourante pour ledéveloppement d’instruments innovants

Contexte : instruments innovants = systèmes intégrés complexes pluridisciplinaires de « plus en plus grands » avec besoin de maîtriser des détails de « plus en plus précis »