Une étape clé dans l’histoire de la conception assistée par ordinateur (CAO) est venue avec la sortie en 1987 de Pro/ENGINEER, devenu PTC Creo, qui a introduit l’industrie de la CAO à la modélisation paramétrique basée sur l’historique. Depuis lors, le paradigme paramétrique a été utilisé dans presque tous les programmes de CAO traditionnels, y compris SOLIDWORKS, Autodesk Inventor, Creo Parametric, CATIA, NX etapeape. Si vous avez effectué une modélisation CAO au cours des deux dernières décennies, il est probable que vous connaissiez la conception paramétrique basée sur l’historique.
En un mot, la conception paramétrique implique que des ingénieurs construisent une géométrie 3D pièce par pièce. Les croquis 2D se transforment en fonctionnalités 3D, avec des contraintes et des relations dûment appliquées pour s’adapter à l’intention du concepteur. Cependant, comme chaque étape découle des étapes précédentes, la conception paramétrique peut nécessiter une planification minutieuse.
Malgré la puissance et la popularité de la modélisation paramétrique, un autre paradigme de CAO a sa propre part de partisans: la modélisation directe. En modélisation directe, la géométrie est reine. Les utilisateurs n’ont plus à se soucier de l’historique de leur pièce et peuvent plutôt agir directement sur la géométrie 3D telle quelle. Certains systèmes de CAO modernes utilisent la modélisation directe au lieu de la modélisation paramétrique basée sur l’historique, tandis que d’autres offrent un mélange d’outils paramétriques et directs.
Pour mieux comprendre les différences entre la modélisation paramétrique et la modélisation directe, pour quels cas d’utilisation elles pourraient être les mieux adaptées et comment elles pourraient continuer à évoluer, nous avons discuté avec des utilisateurs de CAO expérimentés et des initiés de l’industrie pour leur interprétation des deux paradigmes.
Modélisation paramétrique
Tout d’abord, clarifions la terminologie que nous utilisons. Le paradigme de conception mis au point par Pro / ENGINEER est peut-être appelé le plus correctement « basé sur l’histoire », car c’est la nature linéaire étape par étape du modèle qui le différencie vraiment de la modélisation directe, qui pourrait également être appelée « sans histoire. »
» Le logiciel de CAO basé sur l’historique repose sur l’utilisateur pour construire une pièce individuelle avec une série de fonctionnalités « , a écrit Matt Lombard, un utilisateur de CAO chevronné, dans un eBook sur le logiciel de CAO Solid Edge de Siemens. « Le logiciel se souvient des fonctionnalités dans l’ordre, et le modèle doit résoudre parfaitement ces fonctionnalités à chaque étape pour avancer. Vous pouvez penser à cette méthode de construction de modèles comme un programme informatique. Vous donnez des instructions à l’ordinateur pour chaque étape, et il exécute ces étapes à chaque fois que le modèle doit être reconstruit. »
Néanmoins, la modélisation basée sur l’historique est souvent appelée « paramétrique », et nous traiterons donc les deux termes comme similaires. Gardez simplement à l’esprit cette mise en garde de Lombard: « Les gens ont souvent l’idée erronée que seul un logiciel basé sur l’historique est paramétrique. Paramétrique signifie que le modèle est piloté par des paramètres, qui peuvent inclure des dimensions, des instances de motif, des épaisseurs de paroi, des diamètres et des profondeurs de trous, etc. »
L’analogie de Lombard d’un programme d’ordinateur est appropriée pour la modélisation paramétrique. Tout comme lors de la rédaction d’un programme, plus un ingénieur réfléchit à l’avance à ce qui tente d’être accompli, meilleur est le résultat final. Même si un modèle, comme un programme, peut être assemblé à la volée, il peut être bâclé et difficile à modifier pour les autres ingénieurs.
Roland Schwarz, un autre utilisateur expérimenté de CAO, a souligné que ce fait de modélisation paramétrique peut être une arme à double tranchant.
« Si vous travaillez avec quelqu’un qui est vraiment doué pour paramétrer et structurer son projet de manière judicieuse, réfléchie et rigoureuse, c’est fantastique », a déclaré Schwarz. « Mais vous pouvez avoir quelqu’un qui entre là-dedans et qui coupe et change et qui a des choses copiées aux mauvais endroits, et il n’y a pas de système logique. C’est à ce moment-là que ça devient désordonné, et je veux juste repartir de zéro avec une exportation et une importation. »(L’exportation et l’importation du modèle suppriment son historique de fonctionnalités et le transforment en ce qu’on appelle une « géométrie stupide », qui n’est que la géométrie sans intention de conception).
Les meilleurs concepteurs de CAO paramétriques sont si habiles à structurer leurs projets qu’ils peuvent parfois être identifiés simplement en regardant l’un de leurs modèles, comme s’ils avaient laissé des empreintes numériques sur l’arbre d’histoire. Même si le modèle final est exactement le même, il existe de nombreuses façons d’y arriver — et certaines sont certainement meilleures que d’autres.
« Et mon chemin est le meilleur », a plaisanté Schwarz. « C’est ce que tout bon modélisateur CAO dira. »
La modélisation paramétrique est extrêmement utile pour les produits qui sont déterminés par les dimensions — pensez aux tarifs de bureau standard comme les bureaux et les étagères ou les outils qui peuvent varier en taille. Avec l’approche paramétrique, les ingénieurs peuvent créer rapidement et facilement différentes configurations de leurs conceptions.
Mais d’où vivent les modélisateurs moins rigoureux, des fissures ont commencé à apparaître dans le paradigme de la modélisation paramétrique.
« Parfois, je pense que vous pouvez vous enliser dans l’histoire », a déclaré Bruce Bartlett, un autre vétéran de la CAO. « Même si l’histoire vous donne la possibilité de changer les choses rapidement, l’inconvénient est que si vous ne comprenez pas comment elle est construite ou si vous avez quelqu’un qui construit des choses qui deviennent un peu incontrôlables, vous pouvez passer plus de temps à patauger dans l’arbre de l’histoire qu’à simplement saisir des visages et les déplacer. »
Une autre faiblesse de la modélisation paramétrique est que, à mesure que le nombre d’entités augmente, le calcul nécessaire pour mettre à jour votre modèle augmente également.
« Si vous avez une pièce avec 1 000 fonctionnalités dans l’arbre d’historique, lorsque vous modifiez la dernière fonctionnalité de cet arbre, cela va très vite », a expliqué Dan Staples, vice-président de l’ingénierie grand public chez Siemens PLM. « Mais lorsque vous modifiez la première fonctionnalité de cette arborescence, cela peut prendre beaucoup de temps car elle doit calculer les 1 000 entre les deux avant d’atteindre la fonctionnalité 1 001 st. »
Avec son équilibre des forces et des faiblesses, la modélisation paramétrique est-elle la meilleure option pour la conception CAO? Staples ne le pense pas.
« L’idée d’éditer une dimension pour obtenir un résultat très prévisible qui respecte l’intention du concepteur est intrinsèquement précieuse », a-t-il déclaré. « La mise en œuvre connue sous le nom de conception basée sur l’histoire, réalisée par Pro/ENGINEER en 1987 et copiée par pratiquement tout le monde depuis 25 ans, n’est pas le moyen le plus efficace d’éditer cette dimension. »
Staples, assez naturellement, préconise la technologie synchrone de Siemens, un paradigme dont nous discuterons plus tard.
Modélisation directe
Comme son nom l’indique, la modélisation directe offre aux concepteurs une approche de ce que vous voyez est ce que vous obtenez pour construire et éditer leurs modèles.
« Il semble que les experts ne cessent de se disputer sur des définitions et des variations finement nuancées de ce terme, mais en général, l’édition directe est une méthode de CAO dans laquelle vous manipulez directement les faces du modèle, plutôt que d’éditer indirectement des définitions de caractéristiques ou des croquishow la façon dont la géométrie est faite n’a vraiment pas d’importance et, franchement, n’est pas aussi intéressante que la façon dont la géométrie est modifiée », a écrit Lombard.
En modélisation directe, les concepteurs peuvent pousser et tirer sur leur modèle pour le changer. L’un des avantages de cette fonctionnalité est la facilité avec laquelle les conceptions peuvent être modifiées, permettant une itération et un prototypage rapides. Pour cette raison, la modélisation directe a trouvé une niche dans le monde du design industriel, où les courbes fluides et l’esthétique audacieuse jouent un grand rôle.
« Il existe des cas d’utilisation, tels que la conception hautement organique, la sculpture, la conception conceptuelle, la conception générative et le dé-featuring pour l’analyse, où un ensemble d’outils totalement non paramétriques peut être un excellent et parfois le meilleur choix », a déclaré Dave Corcoran, cofondateur d’shApe et vice-président de la recherche et du développement.
De plus, sans les dépendances et l’historique de la modélisation paramétrique, la modélisation directe peut éliminer certains des problèmes de mauvaise conception paramétrique.
« Je pense que le vrai test d’un modélisateur CAO n’est pas ce qu’il peut faire, c’est ce qu’il peut changer. La modélisation directe ouvre définitivement le champ sur ce qu’ils peuvent changer sans provoquer de perturbation complète « , a déclaré Schwarz.
La possibilité de changer un modèle sans se soucier de le casser peut signifier beaucoup, en particulier pour les entreprises qui cherchent à étendre l’utilité de leur modèle CAO. Schwarz a décrit les modèles CAO comme des actifs et, comme tout autre actif, ils nécessitent un investissement pour être sécurisés.
« Beaucoup de temps et d’argent sont consacrés à la fabrication d’un modèle CAO, et vous voulez les protéger, et vous voulez qu’ils restent utiles. La modélisation directe protégera cet investissement « , a expliqué Schwarz.
Mais la modélisation directe présente sa propre part d’inconvénients.
« La plupart des systèmes sans historique ne gèrent pas bien l’édition des dimensions et l’obtention d’un résultat prévisible », a déclaré Staples. « Parfois, vous entendez des gens parler d’un système de type push-me-pull-you, et ils ont l’air très sexy, mais quand push vient pousser à la fin de la journée, vous voulez vraiment pouvoir modifier des dimensions et créer des lieux dimensionnels, etc. »
Un autre problème avec la modélisation directe est que, pour la plupart des modélisateurs CAO, ce n’est tout simplement pas ce à quoi ils sont habitués. Après des années d’expérience avec la conception paramétrique — et des années à s’habituer à ses lacunes — il y a peut-être un manque de motivation pour envisager une alternative.
« Je ne pense pas que la modélisation paramétrique disparaisse de sitôt », a déclaré Schwarz. « Il y a une très grande population d’utilisateurs qui y sont bien placés et qui l’aiment, ou du moins ils sont à l’aise avec cela et ne vont nulle part. Je pense que la modélisation directe est un énorme pas en avant. En même temps, je pense qu’il y a une culture qui doit évoluer autour d’elle — où elle devient plus acceptée et mieux comprise sur les meilleures façons de l’utiliser — notamment en termes de gestion d’un projet de modélisation sur la durée de vie d’un produit ou même sur la durée de son développement initial sans que cela devienne un problème plus important qu’une solution. »
Brouiller la Ligne Entre les Paradigmes de conception
La plupart des systèmes de CAO traditionnels offrent un mélange d’outils paramétriques et directs, bien que la capacité de ces outils puisse varier.
« OnApe est un modeleur paramétrique, mais il comporte un peu de modélisation directe « , a expliqué Bruce Bartlett, un utilisateur d’ OnApe. « C’est une modélisation directe, mais c’est toujours paramétrique. Parfois, j’aimerais que ce soit juste un modélisateur direct pur, et que nous puissions simplement déplacer des visages sans histoire. »
Ce à quoi Bartlett fait référence, c’est que même si ces outils agissent comme des outils d’édition directe, ils créent toujours des fonctionnalités dans l’arborescence de l’historique. Étant donné que la modélisation directe véritable est sans historique, cette approche n’est que quasi-directe. Comme Onape, SOLIDWORKS propose également des outils d’édition directe qui peuvent être pratiques pour les utilisateurs pour certaines tâches, mais qui finissent par laisser des fonctionnalités dans l’arborescence de l’historique, en maintenant les problèmes potentiels de conception paramétrique.
D’autres programmes de CAO implémentent les outils hybrides de différentes manières. Fusion 360 d’Autodesk, par exemple, permet aux utilisateurs de fonctionner en mode de modélisation paramétrique ou directe. En mode direct, votre historique de conception ne sera pas du tout enregistré. Les utilisateurs peuvent également convertir n’importe quelle fonctionnalité en une fonctionnalité de modélisation directe tout en laissant intact le reste de l’arborescence d’historique paramétrique.
Siemens adopte une autre approche, qu’il appelle la technologie synchrone, dans ses logiciels de CAO NX et Solid Edge. La technologie synchrone prétend marier de manière unique le meilleur des capacités de modélisation paramétrique et directe dans un seul environnement.
« Avec la technologie synchrone, je peux déplacer des faces à la main ou je peux déplacer des faces en modifiant les dimensions », a expliqué Staples. « Et nous avons la technologie unique pour comprendre tout cela et préserver toute cette intention de conception tout en le faisant, mais sans le bagage d’un arbre d’histoire ou de tout recalcul. »
Staples estime que la technologie synchrone va un peu plus loin que le mélange hybride d’outils des autres programmes de CAO, contournant certains problèmes qui peuvent survenir dans les systèmes qui implémentent la modélisation directe en tant que fonctionnalité de l’arbre d’historique.
« Pensez à un boîtier simple, un bloc avec un trou dedans. Le trou mesure un demi-pouce de diamètre. Vous modélisez cela depuis cinq ans, et il a 1 000 fonctionnalités, et à la fin, votre patron veut changer ce diamètre d’un demi-pouce à 0,4 pouce. Et vous pensez « d’accord, je vais juste éditer cela », ce qui ajoute une fonctionnalité 1 001 st. Il s’agit d’un remplacement qui change le trou à 0,4 pouce.
« Il semble que vous ayez résolu votre problème. Mais ce que vous avez vraiment fait, c’est ajouter de la complexité à l’arborescence de l’historique et invalider l’intention de conception. Maintenant, quand quelqu’un revient à cette partie un an plus tard, il va éditer cette première fonctionnalité dans l’arborescence, et elle va recalculer et être écrasée plus tard dans l’arborescence. Donc, cette notion selon laquelle ajouter plus de fonctionnalités à l’arbre résout un problème – c’est résoudre un problème à très court terme, mais ajouter beaucoup plus de problèmes à votre processus d’ingénierie plus loin. »
Alors que certains utilisateurs de CAO peuvent avoir des réserves sur les revendications de la technologie synchrone, ceux qui l’utilisent chantent pratiquement ses louanges. Cela signifie-t-il que la question de la modélisation paramétrique par rapport à la modélisation directe est sans objet et que la technologie synchrone est la voie à suivre? Cela dépend à qui vous demandez.
« Il n’y a pas une approche de produit de modélisation optimale pour toutes les situations. Les outils qui sont trop généralisés et qui tentent de résoudre trop de cas d’utilisation dans un ensemble d’outils ont tendance à être difficiles à utiliser et trop compliqués « , a déclaré Dave Corcoran d’ OnApe.
Certains utilisateurs de Solid Edge ont signalé des difficultés à utiliser la technologie synchrone dans certains scénarios, comme la modélisation de surface complexe, une limitation que Staples admet. « Si vous réalisez des pièces très esthétiques qui nécessitent beaucoup de conception de surface, synchrone n’est pas bien adapté à cela dans son état actuel », a-t-il déclaré.
On peut également se demander pourquoi si la technologie synchrone est aussi bénéfique que le prétendent ses promoteurs, ce n’est pas un paradigme plus répandu. Staples pense que la raison en est que Siemens est très en avance sur la courbe technologique, en grande partie en raison de sa propriété du noyau Parasolid et du SDK de résolution de contraintes D-Cubed. Mais il y a peut-être une raison plus simple, qu’il a bien résumée: « les ingénieurs ne sont pas des gens qui aiment beaucoup changer. »La modélisation paramétrique basée sur l’histoire reste le paradigme dominant dans le monde de la CAO et, malgré ses inconvénients, elle fonctionne très bien.
« À ce stade de l’histoire, SOLIDWORKS fonctionne pour 98% ou mieux de ce que tout le monde fait là-bas », a déclaré Schwarz.
Au fil du temps, cependant, à mesure que de nouvelles générations d’ingénieurs entreront dans le monde de la modélisation CAO, les anciennes méthodes basées sur l’histoire céderont peut-être la place à quelque chose de plus semblable à la technologie synchrone, et la distinction entre modélisation paramétrique et modélisation directe pourrait ne plus être pertinente.
« Je pense qu’avec le temps, la ligne deviendra floue, et ce ne sera que des côtés différents de la boîte à outils », a déclaré Schwarz.
En attendant, voici une liste non exhaustive de certains des programmes de CAO les plus importants et du paradigme de conception auquel ils adhèrent:
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Modélisation Paramétrique* |
Modélisation Directe |
Technologie Synchrone |
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* Toutes ces plateformes incluent également certains aspects de la modélisation directe.