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"La simulation numérique nous donne un avantage compétitif"

Indispensable aujourd’hui dans la conception de nos produits, la simulation numérique l’est également dans l’amélioration du processus de fabrication. Le point complet avec André Colom, Directeur Simulation et Science des Données, à Ladoux (Centre de Recherche MICHELIN, France).

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Qu’entend-on par simulation numérique ?

La simulation numérique s’appuie sur une série de calculs scientifiques effectués sur ordinateur et reproduisant des phénomènes physiques. Il s’agit d’évaluer, de tester virtuellement les performances des produits par des logiciels de calcul scientifique. Dans le domaine du pneu cela peut être l’usure, l’adhérence, le bruit, les fissures sur la sculpture, ... En parallèle, la simulation s’appuie aussi de plus en plus sur des données « data » issues du « terrain » qui permettent de rendre les modèles de simulation encore plus performants. 
 

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Que recouvre-t-elle chez Michelin ?

Nous utilisons la simulation dans deux domaines particuliers : l’élaboration de tous nos pneus, de quelques dizaines de grammes pour le vélo, à plusieurs tonnes dans le Mining (mines) mais également pour tout ce qui a trait au processus de fabrication. Nous pouvons ainsi simuler l’industrialisation, les différents procédés de fabrication et la transformation du produit.
 

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Quels sont les enjeux pour le Groupe ?

La simulation numérique est au cœur de l’innovation. Les outils de simulation sont présents à chaque étape de notre processus de conception. La simulation continue d’évoluer. Elle quitte le bureau de l’expert pour être encore plus intégrée, elle est source de créativité et vecteur d’accélération. Elle devient un élément clé pour rendre l’expérience client plus fluide. En effet, en associant la physique et l’exploitation des data, nous serons en mesure d’offrir à nos clients des prédictions et des conseils associés performants. Cela nous permettra de rester un acteur clé sur un marché où les nouveaux entrants sont très agressifs.

Parlons simulation des produits pour débuter…

Notre stratégie de simulation intègre tout ce qui fait varier la performance, de la molécule jusqu’au pneu fini et l’usage du véhicule. On étudie alors l’ensemble des éléments qui concourent à la performance. Pour ce faire, on a recours à des compétences extrêmement variées, en chimie, en matériaux, et dans tous les domaines de la physique. Nos outils intègrent des modélisations à plusieurs échelles pour restituer les performances réelles et obtenir un jumeau virtuel du pneu. Nos équipes de mathématiciens associées aux mécaniciens et aux chimistes déterminent les bonnes lois mathématiques et physiques pour que nous puissions les intégrer dans nos modèles. On a ainsi plusieurs niveaux de simulation qui nous mènent progressivement à la modélisation des pneus dans les véhicules : deux roues, automobile, camions, engins, avions, etc. La simulation va nous permettre alors de comprendre comment le pneu se comporte neuf, mais aussi usé ou en cas de dommage accidentel. C’est très utile dans une logique de mobilité durable et cela nous aide à augmenter la durée d’utilisation des produits en toute sécurité.
 

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Comment travaillez-vous précisément ?

On fait appel à des compétences en interne, sur notre site de Ladoux et dans les autres centres de recherche du Groupe, mais aussi avec tout un écosystème académique, en mathématiques, en physique, en chimie, en France comme à l’étranger. On participe notamment à la Chaire de mathématiques appliquées de l’Université Laval à Québec qui nous aide à développer une partie de nos outils de simulation.

Avez-vous d’autres partenaires ?

Dassault Systèmes est un acteur clé. Il nous fournit la base de nos outils de conception assistée par ordinateur (CAO). A partir de la géométrie nous intégrons nos propres outils de maillage, de calcul et de conception. Dans le domaine du calcul, on a aussi recours à des logiciels de partenaires, et on retrouve Dassault Systèmes avec Abaqus mais aussi Siemens ou d’autres. Un pneu pouvant être utilisé dans une multitude de configurations et d’environnements, on a ainsi besoin de compétences et de logiciels différents. Un seul logiciel pour simuler un pneu et ses usages ne nous suffirait pas. Mais, le cœur de notre outil de conception est développé en interne.

Quid du procédé de fabrication ?

C’est certes moins facile à appréhender que le produit, mais tout aussi important pour nous. Un pneu est constitué d’environ deux cents composants différents : caoutchouc, produits chimiques, tissus, textiles. C’est un ensemble de matériaux qu’on assemble dans un processus progressif pour arriver au produit fini qu’est le pneu : avec des phases où on travaille la gomme dans des mélangeurs, rajoutant les produits chimiques, avec des propriétés physiques qui vont dépendre de la manière dont on va les mélanger ; des phases d’extrusion, d’assemblage et de cuisson, etc. La mise en forme de la gomme se modélise également, avec une physique complexe pour passer du cru au cuit. La qualité du produit fini, la productivité vont donc dépendre de la simulation des différents procédés, avec des outils de modélisation à chaque étape de fabrication. Là encore, il n’existe pas d’outils universels pour y arriver, c’est pourquoi nous faisons appel à plusieurs outils de modélisation, en fonction de nos besoins, dont une partie est développée en interne, l’autre en partenariat.

Des difficultés particulières à surmonter ?

Au niveau technique, une des particularités est que l’on travaille sur de la gomme. Or, s’il est assez courant de modéliser des procédés mécaniques, comme ceux de l’acier, cela devient nettement plus compliqué avec du caoutchouc, avec sa physique si particulière, si exigeante. C’est d’ailleurs la complexité et le charme du travail que nous effectuons. Nous bénéficions d’une expertise acquise qui nous donne aujourd’hui un avantage compétitif vis à vis de la concurrence.

Comment travaillez-vous, en interne, avec les équipes de production ?

La partie humaine et collaborative est fondamentale. Le campus de Ladoux a d’ailleurs été voulu et bâti dans cet esprit, pour favoriser la collaboration entre les équipes. C’est la beauté et la difficulté d’associer tous les métiers. La simulation est d’ailleurs un excellent vecteur et un très bon support pour que les équipes travaillent ensemble en lien étroit : industrialisation, conception et analyse de la performance.
 

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Combien de personnes travaillent aujourd’hui sur ces sujets chez Michelin ?

Pour le département de mathématiques appliquées « Simulation et Science des données » ce sont, au total, une centaine de personnes à la R&D qui travaillent sur ces questions, réunies principalement sur notre site de Ladoux.  

Peut-on évaluer son gain ?

La simulation numérique offre la possibilité de tester virtuellement des centaines de configurations possibles. Elle permet de valider les intentions de conception, et d’éliminer environ 2/3 des prototypes à fabriquer. La vision à terme, c’est d’arriver à un seul prototype nécessaire. C’est d’ailleurs pour cela que l’on continue d’investir dans la conception et l’amélioration des performances de nos outils de simulation pour nos produits tout comme pour le procédé de fabrication. Se passer de simulation numérique, ce serait aujourd’hui comme travailler en aveugle, subir.

Y-a-t-il des questions de sécurité ?

Pour des raisons de sécurité, on n’utilise pas le Cloud pour la simulation numérique. Quand vous avez des données secrètes, le seul moyen pour les conserver à l’abri, c’est de se couper du réseau Internet. C’est pourquoi notre processus principal utilise une base de calculs installée en interne, avec une puissance de calcul significative : proche du pétaflop (1 million de milliard d’opérations par seconde)

Justement, parlons maintenant apport des « data » et « science des données » dont vous vous occupez également…

Grâce à la masse des données récoltées et à l’Intelligence Artificielle on vit une évolution majeure. Data et IA font évoluer nos processus de fabrication, nos produits et notre relation avec nos clients. Aujourd’hui, on a en effet la possibilité d’utiliser de plus en plus de données d’usage. Ce qui permet d’alimenter nos modèles de calcul, mieux prédire les performances ou offrir des services individualisés à nos clients. C’est une évolution majeure ayant un réel impact sur les processus. Avec des pneus connectés, les données sur l’utilisation par les clients vont nourrir les outils d’analyse et ainsi aider à mieux comprendre l’utilisation des produits. Vous pourrez ainsi saisir pourquoi un pneu a fait 50 000 km ou bien 100 000 km. Vous serez alors capable de réinterpréter la conception de l’objet et nourrir les modèles, non plus sur des hypothèses, mais bien sur des données d’usage réel. Vous pourrez également dialoguer avec le client pour prédire la maintenance des produits. C’est particulièrement utile notamment en « B2B » (Business to Business).

Avec quels domaines d’applications ?

Sur le marché B2B nous proposons déjà une maintenance prédictive. Elle permet à des flottes de mieux gérer leur parc de véhicules. Les imprévus sont réduits, la rentabilité est améliorée. Le domaine des gros engins pour les mines ou bien le secteur poids lourd sont pionniers sur le développement d’offres de service de maintenance prédictive.
 

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André Colom, Directeur Simulation et Science des Données (Michelin)