Modélisation intégrée produit-process à l'aide d'une approche de métamodélisation reposant sur une représentation sous forme de graphes : Application à la fabrication additive

par Hossein Mokhtarian

Thèse de doctorat en Génie Industriel : conception et production

Sous la direction de Henri Paris et de Eric Coatanéa.

Le président du jury était Kai Cheng.

Les rapporteurs étaient Lionel Roucoules, Paul Witherell.


  • Résumé

    La fabrication additive (FA) a initié un changement de paradigme dans le secteur de la conception et de la fabrication des produits grâce à ses capacités uniques. Cependant, l'intégration des technologies de fabrication additive dans la productique traditionnelle doit permettre d'assurer une production fiable et une qualité reproductible des pièces. Dans cette optique, la modélisation et la simulation jouent un rôle essentiel pour améliorer la compréhension de la nature complexe et multi-physique des procédés de fabrication additive. De plus, l’intégration simultanée de différents modèles multi-physiques et de la prise en compte du procédé utilisé et de la pièce constituent toujours un défi pour la modélisation de ces technologies. L’objectif final de cette recherche est de développer et d’appliquer une approche de modélisation permettant une modélisation intégrée de la fabrication additive. Cette thèse analyse le processus de développement du produit et présente une méthodologie innovante intitulée ‘Dimensional Analysis Conceptual Modeling’ (DACM) pour modéliser les produits et les procédés de fabrication aux différentes étapes de conception. La méthode a été développée pour permettre la simulation de modèles multi-physiques. Elle intègre également une recherche systématique de faiblesses et de contradictions dans une première évaluation des solutions potentielles au problème. La méthodologie développée est appliquée dans plusieurs études de cas afin de présenter des modèles intégrant les processus de fabrication additive et les pièces à fabriquer. Les résultats montrent que la méthodologie DACM permet de modéliser distinctement et simultanément le produit et le processus de fabrication. Cette méthodologie permet aussi d'intégrer les modèles théoriques et expérimentaux déjà existants. Elle contribue à la conception pour la fabrication additive et aide le concepteur à anticiper les limites des procédés et de la conception plus tôt dans les premières étapes de développement du produit. En particulier, cela permet de prendre les bonnes décisions selon les différentes possibilités d'optimiser la conception des pièces et le paramétrage des machines de fabrication additive pour aboutir à la solution la plus adaptée. La méthode permet également de détecter la nécessité de reconcevoir des machines existantes en détectant les faiblesses de celles-ci. Cette thèse montre que la méthode DACM peut être potentiellement utilisée comme une approche de méta-modélisation pour la fabrication additive.Mots-clés: Fabrication Additive, Conception Pour la Fabrication Additive, Modélisation Intégrée, Développement de Produit, Dimensional Analysis Conceptual Modeling Framework

  • Titre traduit

    Product-process integrated meta-modeling using a graph-based approach : Application to additive manufacturing


  • Résumé

    Additive manufacturing (AM) has created a paradigm shift in product design and manufacturing sector due to its unique capabilities. However, the integration of AM technologies in the mainstream production faces the challenge of ensuring reliable production and repeatable quality of parts. Toward this end, Modeling and simulation play a significant role to enhance the understanding of the complex multi-physics nature of AM processes. In addition, a central issue in modeling AM technologies is the integration of different models and concurrent consideration of the AM process and the part to be manufactured. Hence, the ultimate goal of this research is to present and apply a modeling approach to develop integrated modeling in additive manufacturing. Accordingly, the thesis oversees the product development process and presents the Dimensional Analysis Conceptual Modeling (DACM) Framework to model the product and manufacturing processes at the design stages of product development process. The Framework aims at providing simulation capabilities and systematic search for weaknesses and contradictions to the models for the early evaluation of solution variants. The developed methodology is applied in multiple case studies to present models integrating AM processes and the parts to be manufactured. This thesis results show that the proposed modeling framework is not only able to model the product and manufacturing process but also provide the capability to concurrently model product and manufacturing process, and also integrate existing theoretical and experimental models. The DACM framework contributes to the design for additive manufacturing and helps the designer to anticipate limitations of the AM process and part design earlier in the design stage. In particular, it enables the designer to make informed decisions on potential design alterations and AM machine redesign, and optimized part design or process parameter settings. DACM Framework shows potentials to be used as a metamodeling approach for additive manufacturing.


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