Méthodologie d'enrichissement sémantique de la CAO dans un environnement de continuité numérique

Methodology for CAD semantic enrichment in a digital continuity environment

• Auteur / Autrice : Stéphane Nzetchou
• Direction : Benoît Eynard, Sébastien Rémy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Industriel : Unité de recherche en Mécanique - Laboratoire Roberval (FRE UTC - CNRS 2012)
• Date : Soutenance le 15/10/2021
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de recherche en mécanique acoustique et matériaux / Laboratoire Roberval

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ontologies (informatique)

Produits commerciaux -- Cycle de vie

Génie industriel

CFAO, Systèmes de

Modélisation tridimensionnelle

STEP (norme)

Conception technique

Ingénierie assistée par ordinateur

Conception assistée par ordinateur

Mots clés libres

Enrichissement sémantique

Rétro-conception

Standards 3D

CAO

PLM

PDM

Semantic enrichment

Reverse engineering activities

3D standards

Ontologies

Computer-aided design

Product Data Management

Product Lifecycle Management

Three-dimensional modeling

Industrial engineering

Résumé

La transition numérique dans l’industrie manufacturière se caractérise par un passif de trois voire quatre décennies. Certains modèles 3D ou maquettes numériques accumulés durant cette période sont des solides morts, c’est-à-dire des modèles 3D dépourvus d’arbre de construction, qui se caractérisent par des géométries absentes, dû aux changements des logiciels ou à des versions de formats 3D qui n’ont pas subi de mise à jour. Des activités de rétro-conception des modèles 3D, visent à obtenir des modèles 3D sémantiquement riches, c’est-à-dire paramétriques et modifiables, constitués d’opérations de constructions, porteur d’attributs et de métadonnées, avec des règles et contraintes géométriques, etc., grâce à l’utilisation des outils d’ingénierie comme CATIA par exemple ou par des approches à base de nuages de points provenant d’une numérisation par exemple. Mais ce n’est toujours pas satisfaisant, car à l’issue de l’opération de rétro-conception, nous retrouvons souvent un solide avec une représentation sémantique faible ou un arbre de construction absent. Ce qui nous amène à proposer dans le cadre de ce travail de thèse, une méthodologie de gestion des informations liées aux modèles 3D afin d’intégrer à ces modèles 3D des informations expertes que nous qualifions de sémantique. Les solides morts manipulés sont généralement au format de bas niveau tels que STL, IGES ou STEP AP203. Ils sont utilisés comme données d’entrée pour notre méthodologie et ils peuvent aussi être associés à des données de définition du produit, telles qu’une mise en plan du produit ou des documents. Le traitement des modèles 3D exige une solution qui soit capable de gérer d’une part, les maquettes numériques et les informations qu’elles pourraient éventuellement intégrer et d’autre part, l’incomplétude de certains modèles 3D qui est liée au format 3D ou à la limite de la technologie utilisée pour obtenir le modèle 3D (ex : limite logiciel, format 3D de représentation géométrique uniquement et qui ne supporte pas une représentation de l’arbre de construction ou bien qui ne peut pas représenter graphiquement des dimensions géométriques et des tolérances, etc.). Enfin, la pertinence des informations intégrées au modèle 3D, de nature non géométrique, lors de la phase de recouvrement sémantique devrait permettre, dans certains cas, de produire des modèles 3D paramétrés, propres à l’activité du domaine d’application. L’état de l’art, portant sur la représentation des informations contenues dans un modèle CAO et sur la gestion de ces informations, permet d’identifier les techniques et approches qui aident à l’enrichissement sémantique des modèles 3D à des niveaux de granularités diverses. Cette thèse propose une méthodologie nommée Vaquero For CAD Semantic Enrichment (VFCSE) et qui se décompose en trois étapes : l’accès, l’identification et l’annotation. Le but de cette méthodologie est d’intégrer aux solides morts des informations manquantes et standardisées, de nature non géométrique, comme par exemple des spécifications de produit, des tolérancements, des dimensions géométriques, etc. Ces informations seront issues des besoins de l’utilisateur intervenant sur le modèle 3D et proviendront d’un standard sémantiquement riche afin d’être utiles à de nombreuses opérations liées au cycle de vie du produit. Cet enrichissement grâce à ce standard sémantiquement riche, permettra une pérennisation des informations et une réutilisation efficace des informations du modèle 3D. Pour cela, un modèle 3D est récupéré dans un PDM (Product Data Management) grâce à une requête utilisateur. Il est visualisé dans une visionneuse 3D supportant le format STL, IGES et STEP AP203. Ensuite, suit une étape d’identification des composants du modèle 3D. Ces composants peuvent être des pièces ou des assemblages. Aux composants identifiés, est affectée une annotation métier liée à l’usage, basée sur le format STEP AP242 qui représente le standard sémantiquement riche.

The digital transition in the manufacturing industry is characterised by a three or even four-decade liability. Some CAO models or digital mock-ups accumulated du ring this period are frozen, i.e. 3D models without a construction tree, which are characterised by missing geometries, due to software changes or versions of 3D formats that have not been updated Reverse engineering activities of CAO models, aiming at obtaining semantically rich 3D models, i.e. parametric and modifiable, made up of construction operations, carrying attributes and metadata, with geometric ru les and constraints, etc., thanks to the use of engineering tools such as CATIA for example, or by approaches based on point clouds coming from a scan for example. But, this is still not satisfactory, because at the end of the reverse engineering activities, we often obtain a solid with a weak semantic representation or an absent construction tree. This leads us to propose in the framework of this thesis work, a methodology for managing information linked to CAO models in order to integrate expert information that we call semantic into these CAO models. The frozen CAO models handled are usually in low-level formats such as STL, IGES or STEP AP203. They are used as input data for our methodology and they can be associated with product definition data, such as a product drawing or documents. The processing of CAO models requires a solution that is able to_manage the digital models and the information they couId possibly integrate. And also the incompleteness of some CAO models that is linked to the 3D format or to the limit of the technology used to obtain the CAO model (e.g. software li mit, 3D format for geometric representation only and that does not support a representation of the construction tree or that cannot graphically represent geometric dimensions and tolerances, etc.). Finally, the relevance of integrated information into CAO model, of a non-geometric nature, during the semantic overlay phase should make it possible, in certain cases, to produce parameterised CAO models, specific to the activity of the application domain. The state of the art, concerning the information representation contained in CAO model and the management of this information, makes it possible to identify techniques and approaches that help the semantic enrichment of CAO models at various levels of granularity. This thesis proposes a methodology named Vaquero For CAO Semantic Enrichment (VFCSE), which is made of three step access, identification and annotation. The aim of this methodology is to integrate missing and standardised information of a non-geometric nature, such as product specifications, tolerances, geometric dimensions, etc., into frozen CAO models. This information will be derived from user needs working on the CAO model and will corne from a semantically rich standard in order to be useful for many operations related to the product life cycle. The enrichment, thanks to this semantically rich standard, will allow for a perpetuation of the information and an efficient reuse of CAO model information. ln order to do this, a CAO model is retrieved from a PDM (Product Data Management) thanks to a user request. lt is visualised in a CAO viewer supporting STL, IGES and STEP AP203 formats. Then, follows a step of identifying components of CAO model. These components can be parts or assemblies. The identified components are annotated based on the STEP AP242 format, which represents the semantically rich standard. These annotations are stored in a standardised ontology, which serves as a minimal basis for carrying all the semantics to be integrated into the CAO mode in order to make the CAO model durable and reusable. The scientific contribution of this work is mainly based on the possibility of reverse engineering by using ontologies to annotate 3D models, according to user needs who has the CAO model at his disposal.