Université de Béchar Laboratoire des Études Énergétiques en Zones Arides

Équipe Modélisation & Simulation des Systèmes

CHAPITRE X : Outils de Simulation

Cas des CAD 3D Concepts de base & fondements.

Cours réalisé par : Pr. TAMALI Mohammed, http://www.univ-bechar.dz/mtamali

Université de Béchar | FS&T (ENERGARID Lab./SimulIA)

Presentation The University of Bechar was born in 1986 as the National Institutes of Higher Education (INES) in 1992 it becomes University Center and 07/01/2007, it was officially declared as a university. Since then, many research teams have seen the day. In 2011, The Laboratory for Energy Systems Studies Applied to Arid Zones was run by a group of young and well motivated researchers (7 research teams) to solve real problems affecting arid zones, SimulIA is one of the teams of the same laboratory. The workload of SimulIA concern studies and applications of modeling and simulation of systems in arid areas. Research areas: Energy & Environment (Modeling & Simulation) Application of heat in arid zones Energy economy. Mapping and development of resources in arid zones. SIMULIA for the task in the short term, to develop the computer code for modeling and simulation which can be accessed online. Website of the laboratory team: www.univ-bechar.dz/energarid/simulia

Généralités & Présentations Concepts fondamentaux & Droits d’utilisation Type de licence Conception Assistée par Ordinateur Primitives & Objet graphique Ressources logiciels du domaine Présentation de FreeCAD Ecrans & Interface utilisateur dans FreeCAD Etude de cas sous FreeCAD Conclusions Références

Plan

Généralités & Présentations Les outils utilisés par les humains et issus d’une production technologique

laisse un arrière goût fugitif mais répété alors que la recherche scientifique fondamentale le fait d’une manière pressante, à l’action, mais trop espacée pour la réaction. Le niveau de complexité de ces technologies est très fort à niveau où toute intégration sociale des produits résultants ne se ferait sans dégâts ni sans effets secondaires. En contre partie, la majorité des produits technologiques sont juste la solution immédiate de bon nombre de problèmes de la vie courante, en zone urbaine ou rurale. Une sensibilisation pour le compte de l’environnement et sa préservation reste le souci majeur des observateurs. L'avènement de produits, de grande consommation, comme l'informatique, l'internet et les télécommunications, à chacun ses outils, a révolutionné les méthodologies de travail des équipes et laboratoires de recherches. Les outils et suites logiciels sont d’un grand secours aux travaux de modélisation et de simulation des processus. L'informatique et les moyens de conception sont les vecteurs qui ont provoqué une amélioration nette à la vitesse de mise en œuvre de moyens exploitables. Les logiciels de CAO (Conception Assistée par Ordinateur) ont joué un grand rôle dans le cours de développement de beaucoup de procédés (Modélisation) et ont facilité la compréhension de beaucoup phénomènes (Simulation).

Paraview (GPL)

Gmsh(GPL)

Concepts fondamentaux (Rappel) Modélisation Pour la modélisation, le système étudié est appelé système primaire. Son modèle (équivalent) est une représentation de la réalité et il est dit système secondaire. Par définition un modèle est une représentation simplifiée de la réalité. Le but majeur de cette opération c’est DÉCRIRE, PRÉDIRE, EXPLIQUER & RÉAGIR.

Modélisation graphique C’est une stratégie modélisatrice des système utilisant le graphique comme langage et outil de travail.

Les suites logiciels de simulation

Composition faites des deux entités, Les SYSTÈMES d’INFORMATION (Collections d’informations) et les MATHEMATIQUES (Collections d’algorithmes de calcul). C’est le moyen utilisé pour allié efficacité et utilisabilité des études et des coûts équivalents à une réelle expérimentation. Les objectifs sont généralement pour des stratégies d’aide à la décision.

Modèle SIG d’une urbanisation Sous QGIS (GPL)

Exemple Arduino ISP sous Fritzing (GPL)

Simulation d’objet 3D sur AutoDesk 123D Make (GPL)

Simulation chimique sous Avogadro (GPL)

Finalité de la modélisation Technique : fournir des spécifications claires pour produire, puis exploiter Intellectuelle : fournir au métier, une utilité dans les structures sociétales.

Concepts fondamentaux & Droits d’utilisation Les suites logiciels de modélisation et de simulation des systèmes et des procédés ne peuvent en aucun cas représentés le SUBSTITUANT de l’expérimentation et du terrain (réalité des choses). C’est outils d’aide à la compréhension, à la réduction des coût impliqués par l’exercice expérimentale et encore pour répondre à une exigence de la décision. Pour que ces outils atteignent un niveau de maturité de ce fait ils peuvent être acceptés avec une CONFIANCE mathématique appréciable, ils sont dotés d’une base de données (Pour des cas, plus un moteur d’inférence) . Ils sont conçu autour d’un noyau (PROCESSESSING CORE) qui est surmonté par une Bibliothèque de modules (unités/Plug-In) de bases et d’extension. Le plus important de tous ces modules est l’INTERFACE GRAPHIQUE. La complexité de cette dernière est de taille, puisque toutes les tâches de traitement se font directement à travers elle. En plus de la zone de modélisation du processus/système à modéliser, des menus, des barres d’outils et des panneaux forment le moyen via lequel l’utilisateur interagit en toute sécurité avec l’application. D’autres éléments cachés par défaut et ne sont affichés que si une requête les concernant a été émise.

Le format des données peut être spécifique (*.dxf pour AutoCAD) ou commun pour beaucoup de logiciels (*.xml). Les rendus graphiques ne sont qu’une image de réalité données.

Logiciel de visualisation graphique Paraview (GPL)

Canevas graphique

Panneau des propriétés

Ligne du temps, pour l’animation

Barre d’outils

Menu principal

Concepts fondamentaux & Droits d’utilisation Les suites logiciels de modélisation et de simulation des systèmes et des procédés sont de deux catégories vis-à-vis des droits et devoir d’utilisation. Pour ces mêmes suites, il y a le développeur du produit, d’un côté, et l’utilisateur final de l’autre. A chacun ses droits mais limitées selon des clauses et les recommandations, sur base de quoi, le deux partenaires se sont mis d’accord. Ces termes définissent ici ce qui est communément appelé LICENCE. Cette dernière décrit clairement les partenaires, le produits et limites de chacun par rapport à la loi. Il existe deux type de licence: • Propriétaire, • Libre d’utilisation dite encore GPL Dans le premier type, le développeur se doit de porter assistance à ses clients et de garantir la continuité du service. Au même moment que les clients ne doivent, et aucun cas, porter préjudice à leur mode ou manière d’utilisation du produit, ne pas l’utiliser qu’avec le consentement du développeur, ne pas l’altérer par un quelconque moyen. La distribution du produit est, de ce fait totalement interdite. Le client est, par ailleurs, bien en état de connaissance de tout dommage qui pourrait éventuelle lui être causé par sont utilisation du produit et pour lequel la partie développeur, décline toute responsabilité. Pour le deuxième type, le développeur se partage les droits/devoirs de re/développer le produit avec son client. Les suite GPL (General Public Licence) sont généralement des contributions qui évoluent pour gagner du terrain. Le paquetage est distribuer avec le fichier binaire, tous les fichiers bibliothèques et annexes en plus de la documentation.

Ces suites sont déployée et présentent leurs services selon deux mode, dépendant de façon avec laquelle le service est exposé aux clients (Stand Alone / Desktop) ou bien déployé sur le Web (Web Based / Networked). Elle peuvent avoir besoin de données Localisées ou Distribuées.

Architecture Intranet universitaire

Concepts fondamentaux & Droits d’utilisation L’architecture système d’un logiciel doit répondre aux exigences

d’optimalité en terme de : - Accessibilité, procédures d’utilisation à la portée du client. - Fiabilité des traitements à exécuter éventuellement, en réponse au

but et objectif du cahier des charges, à l’origine de sa conception. - Modularité, Il sera monté de parties (modules) élémentaires,

procurant une tolérance aux erreurs critiques, meilleure. Cette caractéristique est en faveur de la robustesse du système.

- Maintenabilité du système complet, c’est l’aptitude du système à être maintenu et réparé.

- Portabilité, Caractéristiques du système à être accepté dans des environnements systèmes différents.

- Interopérabilité, Capacité de la plate forme à accepter les échanges de données avec d’autres systèmes équivalent.

- Pertinence par rapport aux requêtes, La qualité du service doit être meilleure. Le client attend à être exhaussée d’une manière certaine, en tout moment.

Afin de subvenir de telles exigences, le logiciel est conçu sous le schéma suivant : {Noyau, Processus système, Applications}. Des échanges peuvent être engagé entre les différent s niveaux et avec le niveau extérieur. Pour pouvoir confronter le volume grandissant de données, les étages s’inter-changent les informations d’une base de données. Pour un client, c’est un environnement VIRTUEL de travail.

Concepts fondamentaux & Droits d’utilisation

Pour des vœux d’optimisation, les logiciels sont traités en profondeur. Une application est subdivisée en composantes adaptées aux contexte global de la tâche voulue et selon le service à offrir aux clients. Ces composantes sont univalentes (elles ne traitent, chacune, qu’une seule tâche de fond). Cette spécification dépend du cadre du domaine cible (utilisation, localité, déploiement, publication web, multitude, niveau de complexité et le type de tolérance aux fautes). Les structures adoptées rentre dans le contexte de l’OBJET de la POO (Programmation Orientée Objet), les THREADS (structures de programmation parallèle), l’ACTIVEX , les unités VCL (Composant enfichable) au PLUG-IN (Fragment logiciel pouvant être monté/démonté), Les PACKAGE aussi comme dans le cas du langage Java. Les AGENTS/AGENTS MOBILES s’aligneront avec les systèmes qui cachent une particularité d’échange intense d’information entre les composantes. Pour que le service soit déployé sous un environnement web, les applications sont dotées d’entité logiciel appelé SERVICE WEB

Type de licence Il existe deux type de licence:

• Propriétaire, • Libre d’utilisation dite encore GPL Une licence propriétaire, engage le client à respecter une éthique d’acquisition de l’application, son exploitation, sa distribution aux tiers personnes, son installation sur un nombre précis de machines ainsi que sa représentation légale. Une licence GPL (General Public Licence), adoptée par la FSF (Free Software Foundation) et reconnue par les nations unies comme licence officielle, donnant droit à tout client à accéder aux ressources correspondantes du logiciel (Installateur, Données de bases, Code source et Documentations). Cette même licence permet à son détenteur de s’approprier une idée de développement du code source de base afin d’en améliorer quelques partie et d’en faire un produit intellectuel personnel (à soumettre une demande de Brevet pour recevoir le droit à la propriété).

Conception Assistée par Ordinateur Depuis l’avènement des ordinateurs dans le monde des humains et ces

derniers ne cessent de refaçonner les pratiques et de stimuler de nouvelles habitudes. Les ordinateurs on permis à l’homme de banaliser des tâches qui étaient réservé, jadis, que pour les experts en une matière et beaucoup plus encore, les connaisseurs des secrets de l’informatique. La Conception Assistée par Ordinateur, est la prise en charge des requêtes de conception informatisables en terme de facilitation des manœuvres nécessaires afin d’atteindre le produit à confectionner ou à améliorer. L’intervention de l’ordinateur ne peut excéder les besoins de l’assistance et du concepteur. Cette automatisation touche essentiellement les besoins suivants : • Evitement du fléchissement des états physique et de veille chez les

humains (Effet psychologique). • Evitement des surcoûts d’une conception de produits (Effet économique). • Réduction du taux des erreurs susceptibles d’être commises en cours de

conception (Effet méthodologique). • Pertinence du traçage des étapes et des compositions des procédures

mis en jeux (Effet de traçabilité). • Consolidation de l’expérience avec les acquis antérieurs (Effet Technico-

Informatif). • Etablissement d’un plan d’expérience afin d’éviter les redondances et

d’en assurer par la suite la pertinence des résultats escomptés.

Conception Assistée par Ordinateur La Conception Assistée par Ordinateur, est une technique liée aux applications des TIC dans

le domaine de l’industrie. Elle est d’une manière résumée, l’ensemble des procédures, des méthodes et des équipements afférents utilisées comme AIDE aux concepteurs de procédés, de processus. La conception assistée par ordinateur, communément appelée CAO, use ses concepts et ses règles des domaines suivants : • L’informatique graphique (Interface IHM, Moteur graphique, POO, Modularité,

Algorithmique, …) • Les mathématiques appliquées (Topologie, Analyse numérique, Géométrie, Algèbre, …) • L’économie (Gestion des ressources et de stock) • La didactique & pédagogie (Méthodes de Décomposition/Recomposition) • L’intelligence artificielle (Projection, Déduction, Inférence, …) • La systémique (Ordonnancement, Méthodologie, cybernétique) La CAO ne peut, en aucun cas, se substituer au concepteur mais elle lui procure aide et assistance. Toute la conception est exécuter graphiquement sur l’écran d’un ordinateur sans à ce que le concepteur ne soit tenu d’exécuter des maquettes de son idée en atelier. La CAO permet, d’une autre manière générale, de réduire les efforts répétitifs et multiplier les taux d’avancement de la productivité. La conception, en tant que processus, moteur de l’industrie nécessite le concours des deux partie; du professionnel expert et de l’aide de la CAO. Les travaux dans les grandes entreprises bien connues dans le monde (domaine de la voiture, des avions et de l’électronique) font plus confiance à leur savoir et savoir-faire en terme de technicité.

Primitives & Objet graphique Les primitives du système ou espace graphique découlent d’un référentiel donné R pour lequel elles représentent l’alphabet et les langage qui permet d’expliciter les idées une fois imaginées. Le point p est la base primaire de tous les représentations graphiques, il est défini une fois qu’on connait ses composantes (projections) sur les axes de son référentiel d’où p={xj; j∈[1,n]} sur ℜn. Dans ℜ2 et ℜ3 p est définie par {x1,x2, x3}. Le point p en CAO est un peu différent du point p’ en géométrie malgré que le premier n’est que la perception 2D (ℜ2 de l’écran) du deuxième qui existe, réellement, en 3D sur ℜ3.

A remarquer que le repère graphique représentant la surface accessible visuellement de l’écran, est pris selon le sens du mécanisme d’affichage des pixels sur un l’écran, du haut vers le bas et de la gauche vers la droite. Le point p réel est symbolisé par un pixel noté p’. Cette équivalence dépend de beaucoup de critères relatifs à la résolution e aux capacités et techniques d’affichage utilisée.

Primitives & Objet graphique Le point p en CAO est la racine des toute autre primitive prise de son domaine ℜ3 vers l’écran pour prendre place sur une description graphique. La segment de droite (la ligne), peut être obtenu de beaucoup de manière (par alignement de points pi sur une même direction ∆ par rapport au référentiel, par un point p et un angle que fait son prolongement selon l’un des axes du référentiel, par la jointure en deux points p1 et p2, par le segment de courbe f(x) / x∈ ]x1, x2[⊂ℜ2, par l’intersection entre deux plan (P1) et (P2), … Un rectangle ou le quadrilatère, n’est que l’intersection de quatre segments de droite appartenant à un même plan et n’ayant pas la même direction ∆.

Primitives & Objet graphique Les autres primitives, elles mêmes, issues d point où du segment de droite sont : Le quadrilatère (polygone), l’arc (forme ouverte/fermé) dont le cercle et l’ellipse et enfin le texte graphique. Tout autre composition, n’est que une suite de transformations faites à partir de ces bases. Projection de cube et de sphère sont les images 2D résultants du dessin d’un cube ou d’une sphère respectivement sur le plan de l’écran. Le rendu final nécessite le dessin des objets par rapport à l’ombre que laisse une source de lumière située en un point ls de l’espace 3D réel sur les formes des objets.

MERCI POUR VOTRE ATTENTION Fin du dixième chapitre

A suivre …

Références L.-V. Bertallanfy, ‘General System Theory’, Edition MASSON, 1972.