Дисертації з теми "Prototypage rapide – Conception assistée par ordinateur"

Le premier objectif de notre travail était de développer le procédé de stéréolithographie laser(qui permet de fabriquer des objets tridimensionnels via une conception assistée parordinateur) pour réaliser des pièces anatomiques complexes à partir de données provenant del'imagerie médicale. Ces modèles ont pour but de servir de support pré-opératoire. Nous avons fabriqué plusieurs modèles en polymère représentant des structures osseuses (crâne, hanche, pied) et montré leur intérêt respectif pour la chirurgie maxillofaciale et la chirurgie infantile. Les applications de ce procédé étaient jusqu'à présent limitées par les propriétés mécaniques et biocompatibles des polymères. C'est pourquoi, notre deuxième objectif était de rechercher de nouveaux matériaux permettant de fabriquer des pièces en céramique ayant des propriétés biocompatibles. Pour ce faire, nous avons optimisé et automatisé un nouveau procédé de fabrication d'objets à base de poudre céramique en phosphate de calcium en modifiant le matériau traditionnel par l'utilisation d'une suspension de poudre d'hydroxyapatite dans une solution de monomère. Pour obtenir une suspension stable et homogène, nous avons défini le comportement rhéologique du mélange pâteux et opttp1isé la formulation. L'étude de l'interaction du faisceau laser au contact d'une résine chargée en poudre céramique a conduit à l'amélioration de la résolution du procédé (largeur du trait polymérisé d'environ 200 ~rn). Nous avons caractérisé les pièces frittées par des analyses de rayons X et IR qui ont permis de montrer qu'il ne subsistait plus de matière organique après le traitement thermique. Nous avons montré la faisabilité de la fabrication d'une pièce en hydroxyapatite à porosité contrôlée et homogène, dont le réseau macroporeux interconnecté devrait permettre une meilleure régénération osseuse
The first aim of our work was to develop the laser stereolithography (which allows to manufacture three dimensional abjects via a computer aided design) to realize anatomical complex parts from the computed data of medical imaging. These models will be used before operation. We built severa! models in polymer representative of bone structures (skull, hip, foot) and showed their respective interest for maxillofacial surgery and child surgery. These process applications were limited by the mechanical and biocompatible properties of polymer. That is the reason why, our second aim was to search for a new material which allows to manufacture abjects in ceramic with biocompatible properties. To realize this work we have optimized and automatized a new manufacture process of calcium phosphate ceramic abjects by modifying the usual material by using a suspension of hydroxyapatite powder in a monomer solution. To obtain a stable and homogeneous suspension, we have studied the rheological behaviour of the viscous medium and optimized the formulation. The study of the interaction of the laser bearn in contact with a fil led resin leads to an increase of the resolution of the process (width of the polymerized line about 200 ~rn). We have characterized the sinter abjects by X rays and IR analysis that showed that there was not organic matter after burning. We have showed the feasability to manufacture an abject in hydroxyapatite with a controlled and homogeneous porosity, with interconnected macroporous network which could allow to have a better bone regeneration

Les travaux de recherche doivent permettre de maîtriser les procédés de prototypage rapide et de gérer la connaissance acquise sur ces procédés pour l'intégrer dans le développement de nouveaux produits. Malgré les progrès enregistrés par les logiciels de simulation, le prototype reste une étape indispensable pour valider les exigences de plus en plus sévères des clients. La première partie recense les différents types de connaissances ainsi que les différentes méthodes de modélisation de la connaissance. La formalisation de la connaissance passe par l'écriture de procédures jusqu'aux modèles plus spécifiques de l'ingénierie des connaissances. Les NTIC révolutionne l'entreprise où l'individu devient consommateur et producteur d'informations. La seconde partie fait l'état de l'art du prototypage rapide en montrant de nouveaux concepts comme le rapid tooling et le rapid manufacturing. Il est intéressant de développer d'autres méthodes de réalisation de prototypes et d'outillages rapides à partir de procédés plus conventionnels comme la découpe par laser. La troisième partie montre les outils formels de modélisation de la connaissance (ACP, RLM, PEFB. . . ) adaptés aux spécificités du prototypage rapide. Les plans d'expériences flous bayésiens ont l'originalité d'associer des données expérimentales avec de la connaissance d'expert. La quatrième partie utilise les outils formels pour modéliser les caractéristiques mécaniques, physiques et dimensionnels des prototypes en fonction des paramètres des procédés de prototypage rapide. Ces différents modèles permettront d'obtenir le meilleur compromis du couple produit-process. La cinquième partie montre la capitalisation de la connaissance métier recueillie à partir de retours d'expériences.

Le matériau bois comporte différents avantages qui sont transposables à différents dérivés permettant d’introduire un matériau durable, parfaitement intégré au cycle de vie d’un produit. L’étude consiste à associer les besoins spécifiques du grand public dans la fabrication rapide de produits personnalisés en bois reconstitué. La partie 1 définit les utilisateurs grand public et leurs perceptions du produit. Nous avons également orienté les recherches bibliographiques sur l’écoconception pour aborder la problématique écologique. La partie 2 présente des approches de conception guidée par la fabricabilité. Nous avons parcouru les différents procèdes de prototypage rapide existants. Dans la partie 3 nous avons proposé une approche duale conception-fabrication. Le premier volet concerne la traduction du besoin des utilisateurs à travers un outil sur Internet CREAFAB, et le second propose la fabrication d’objet en bois reconstitué par prototypage rapide. La partie 4 présente l’outil et les différentes étapes de traduction du besoin. Dans la partie 5 nous présentons les différentes applications par prototypage rapide par intégration d’un dérivé du bois. La recherche présentée débouche sur de nouvelles applications pour les procédés de fabrication additive. L’étude scientifique et technique est proposée par la société ARDUIN-NOVA (Champagne-Ardenne) et s’est associé à l’Université Technologique de Troyes pour encadrer scientifiquement les recherches dans le cadre d’une bourse CIFRE
Wood has several advantages that are transferable to various derivatives allowing the introduction of a sustainable material into the product lifecycle. The research study associates the specific needs of the “general public” in the rapid manufacture of wooden-made custom products. Part 1 defines the user and their perceptions of a product. We also guided the literature searches to eco-design in order to reach environmental issues. Part 2 presents design approaches for manufacturing. We have seen the various processes existing in rapid prototyping. In part 3, we proposed complementary dual design and manufacturing approaches. On the one hand that concerns the translation of users’ needs through an Internet tool CRE-AFAB, and on the other hand that proposes the manufacture of a wood reconstituted object by rapid prototyping. Part 4 presents the CREAFAB tool and the different steps to translation customers’ needs. In part 5, we present the applications of rapid prototyping in integrating a wood derivative. The research results then lead to new applications of additive manufacturing. The research study is proposed by ARDUINNOVA Company (France) and is associated with the ICD-LASMIS team of University of Technology of Troyes to frame scientific research presented in this thesis in the executive of a CIFRE scholarship

Ce travail s'inscrit dans une politique de réorganisation de la chaîne de confection pour le secteur du textile habillement. L'objectif principal est de développer un nouveau concept de création de vêtements afin de réduire les temps et coûts de développement des produits. Deux marchés industriels ont été analysés, celui du prêt-à-porter (Mass production) et celui du sur-mesure (Mass customisation). On remarque que les effets de la mondialisation entraînent de produire vite pour éviter la copie et imposent un renouvellement constant des collections dans un délai très court. La production n'étant plus de proximité, il est impératif maintenant de communiquer les données par la voix de l'internet sous une forme numérique. Cette analyse du métier de la confection montre la nécessité d'évoluer vers un monde virtuel 3D corrélé avec les besoins industriels évoqués lors des campagnes de mensuration internationales. Ces dernières conseillent de travailler avec des mannequins virtuels 3D respectant les morphologies du corps humain pour éviter les retours d'invendus. Ce besoin a transformé la notion de taille en concept de morphotype à forte segmentation. Pour satisfaire à l'ensemble de ces critères, les méthodes de travail doivent changer, les concepteurs doivent s'adapter au monde moderne du virtuel 3D par l'intemet. Aussi, nous proposons un concept original de création de vêtements virtuels en 3D sur mannequin morphotype adaptatif. Le premier chapitre présente l'état de l'art du sujet dans les différents domaines représentatifs de l'étude, c'est-à-dire : l'anthropométrie, la biométrie et ces moyens de mesure, la conception de vêtements virtuels fortement orientée essayage virtuel. Le second chapitre est consacré à la modélisation du corps humain par la concrétisation et le développement d'un mannequin morphotype adaptatif. Le troisième chapitre propose un modèle de vêtement virtuel 3D associé au précédent mannequin. Un modèle d'aisance paramétré est intégré en amont de la modélisation pour contrôler le bien aller et le tombé du vêtement. Une orientation de l'application vers un procédé mass customisé a permis d'ajuster précisément les paramètres d'aisance par les outils de traitement d'images. Le dernier chapitre représente notre contribution à l'extension du modèle dynamique de vêtement par la mise en place d'un modèle de tissu non linéaire dont la valeur des paramètres est calculée par les algorithmes génétiques avec une méthodologie adaptée au processus à identifier
This work is part of a reorganization of the chain of c10thing for the textile c10thing sector. The main objective is to develop a new concept of creating c10thing to reduce time and costs of product development. Among other things, recent international campaigns surveying advise working with 3D virtual models respecting the morphologies of the human body to minimize the losses caused unsold clothes. Also, we propose an original concept of creating virtual clothing 3D on an adaptive mannequin morphotype. The first chapter sets the state of the art of the subject in different areas representative of the study, i.e.: anthropometry, biometrics and its means of measurement, design virtual clothing strongly oriented virtual trying-on. The second chapter is devoted ta modelling the human body by the realization and development of an adaptive mannequin morphotype. The third chapter provides a model of 3D virtual clothing associated with the model presented in previous chapter. A parametric ease model is integrated upstream from modelling to control the weil fitting and c10thing drape. An orientation of the application process ta a mass customized market led to highly précised ease parameters adjustment with the help of tools of image treatment. The last chapter represents our contribution to the extension of the dynamic model c10thes by setting up a model of non-linear fa bric who's the parameters value is calculated by genetic algorithms with a suitable methodology for the process to identify

Le but de cette thèse est de proposer une méthodologie de conception pour la réalisation depièces en fabrication additive (FA). Par rapport aux familles de procédés de fabrication standard que sontl'enlèvement de matière, la déformation plastique et la fusion, les procédés de FA présentent descaractéristiques nouvelles permettant la fabrication de pièces en multimatériaux, d'assemblagesindémontables ou encore de formes complexes. L’arrivée de cette nouvelle technologie implique unchangement de paradigme nécessitant l’accompagnement des concepteurs dans leurs missions dedéveloppement de produits de qualité. De plus les caractéristiques mécaniques et l'état de surfaces despièces obtenues en FA dépendent de leur orientation au moment de la réalisation. Par ailleurs, en fonctiondu procédé, de la géométrie souhaitée et de cette orientation, il peut être nécessaire d'intégrer du supportafin d'assurer la fabricabilité de la pièce. Nous avons donc défini une méthodologie de conception, quirespecte l’intégrité de la chaine numérique et dont la finalité est la production d'un modèle numériquetranché prêt à être fabriqué sur une machine de FA. Pour ceci, notre méthodologie se base sur lesdonnées du cahier des charges fonctionnel (CDCF) et les connaissances métier du procédé renseignéespar le concepteur afin de lui proposer automatiquement un premier solide dont la géométrie satisfait toutesces contraintes. Une étape d'optimisation topologique vient ensuite restreindre le volume de matière utilede la pièce afin de limiter son poids, son coût et le temps de fabrication. Enfin, si nécessaire, un supportoptimisé assurant la fabricabilité de la pièce est généré selon ces mêmes critères. Cette méthodologies'accompagne d'un cas d'étude industriel ainsi que de deux expérimentations visant à observer lapossibilité d'un parachèvement à l'acétone sur des pièces réalisée en ABS. La première expérimentationest un plan d'expérience mesurant l'état de surface obtenu en s'appuyant sur la température de l'acétone,le temps d'opération, l'inclinaison des surfaces de la pièce et son épaisseur. La seconde expérimentationest un test de traction visant à observer une modification de la tenue mécanique de pièces soumises à cetraitement. Indépendamment du type de machine et du procédé de FA, la méthodologie que nousproposons est un premier pas concret vers l’obtention de pièces directement conformes, que ce soit pourdes besoins industriels ou domestiques
The aim of this thesis is to propose a design methodology to produce parts using additivemanufacturing (AM). Compared to standard manufacturing processes, as machining, forming, casting ormolding, AM processes have new features for manufacturing multi-material parts, nondetachableassemblies or complex shapes. The arrival of this new technology involves a paradigm shift that requiressupport to designers to develop quality products. Also the mechanical and finishing specifications of theparts obtained by AM depend on their orientation during the manufacturing. Furthermore, depending onthe process, the desired geometry and the orientation, it could be necessary to integrate a support in orderto ensure manufacturability of the part. We define a design methodology that respects the integrity of thedigital channel and whose purpose is to produce a sliced numerical model ready to be manufactured on anAM machine. For this, our methodology is based on data from functional specification and businessknowledge of the process indicated by the designer, to automatically propose a first solid geometry whichsatisfies all these requirements. After this first step, a step of topological optimization restricts the volumeof the part in order to reduce its weight, cost and manufacturing time. Finally, if necessary, optimizedsupport ensuring the manufacturability of the part is generated according to the same criteria. Thismethodology is accompanied by an industrial case study as well as of two experiments to observe thepossibility to finish parts made of ABS with acetone. The first experiment is an experimental design whichmeasures the obtained surface finish based on the temperature of the acetone, the operating time, theinclination of the surfaces of the piece and its thickness. The second experiment is a tensile stress testdesigned to observe a change in the mechanical resistance of the part. Regardless of the type of machineand the AM process, the methodology we propose is a first concrete step towards obtaining directlycompliant parts, whether for industrial or domestic use

Les travaux de cette thèse, menés dans le cadre du projet RNRT A3S, intègrent la notion de composants au sein d'une méthodologie de conception de plates-formes SoC (System on Chip), basée sur le langage de modélisation UML (Unified Modeling Language). Cette méthodologie propose un environnement de conception haut-niveau, basé sur le profil UML A3S, développé pour apporter la sémantique du domaine des systèmes temps réel embarqués et en particulier celle relative aux applications Radio Logicielle. Elle repose sur une approche MDA ou l'architecture est dirigée par les modèles où chaque modèle correspond à un niveau d'abstraction, à un niveau de raffinement particulier. Une chaîne UMTS a permis la validation de l'outil réalisé, en confrontant les résultats estimés de l'outil, à ceux mesurés sur une plate-forme temps réel hétérogène (multi-DSP, multi-FPGA). Une partie du travail s'est concentré sur l'identification des composants utiles à la conception des systèmes SoC, et de leurs caractéristiques, en adéquation avec le niveau d'abstraction considéré. Une autre partie des travaux a porté sur la définition des modèles UML, et donc du profil, qui définissent la sémantique des différents composants identifiés en fonction de la configuration (PIM, PSM), ainsi que leurs relations. Une réflexion a été nécessaire afin d'élaborer les diverses règles de vérification et modèles d'exécution qui permettent d'informer le concepteur de ses erreurs et de la faisabilité du système modélisé. Un modèle de système d'exploitation a également été inclus, enrichissant la liste des éléments (composants) déjà définis et démontrant l'extensibilité (scalabilité) du profil
The work of this PhD has been carried out within the framework of the A3S project and relies on component aspects integrated within a SoC platform design methodology, which is based on the UML language. This methodology proposes a high-level design framework based on the A3S UML profile developed to provide real-time embedded system semantic especially in SDR domain. An MDA approach has been considered to deal with different abstraction levels when specifying systems. First part of the work focused on identifying the component required designing a SoC system, and their characteristics depending on the component abstraction levels. Several types of component (software and hardware) whose characteristics depend on their modelling (PIM or PSM models) have been considered. Second part of the work focused on the definition of UML metamodels, which are grouped to define the A3S UML profile that establish the semantic of identified components depending on their modelling and their relations. We have defined extensive verification rules and applied a model of computation to inform designers about errors that have been done and to ensure the feasibility of their systems. Finally an operating system model has been included to demonstrate the scalability and the extension mechanisms of the UML language and profile which improve the list of components that have been already integrated within our framework. An UMTS application has validated our approach by comparing the estimated results computed by the tool with measured results obtained on a heterogeneous real-time platform (with several DSP and FPGA)

Sous la pression de la compétition internationale de plus en plus intense, le développement de nouveaux produits avec un cycle de conception minimal est un sujet qui touche de près de nombreux industriels. Une conception rapide de produits satisfaisant aux besoins diversifiés des consommateurs est une clé essentielle pour la réussite de l'entreprise. Dans ce contexte, des outils de «prototypage rapide» ont été développés et utilisés pour prédire la performance du produit et des procédés étudiés. En s'appuyant sur les techniques de modélisation informatique, ces outils permettent de concevoir des prototypes représentatifs proches des critères de qualité prédéfinis dans le cahier des charges fonctionnel avec un nombre limité d'essais et de mesures. Ce mémoire présente les travaux de recherche réalisés au cours de ma thèse doctorale, inscrits dans le cadre du développement d'un outil d'aide à la conception des matériaux multifonctionnels, permettant de réaliser dans un temps limité des prototypes adaptés aux besoins des clients. Cet outil a pour objectif de mesurer l'influence des facteurs de conception (matière première, paramètres du procédé, et paramètres de structure des matériaux), de déterminer l'espace de fonctionnement pertinent (les intervalles optimaux des facteurs de conception sélectionnés) relatif au procédé de fabrication, et d'évaluer la qualité globale des prototypes fabriqués en utilisant des approches d'aide à la décision multicritère
Face to the more and more intensive international concurrence, how to develop the new products with a minimum life cycle design is an interesting topic for many industries. A quick product development meeting the vary consumer's requirements is a critical key for the success of the company. ln this context, the tools of « rapid prototyping» have been developed and used for forecasting the performance of product and process. Using the computer modelling techniques, these tools permit to realise the representative prototypes close to the quality features predefined in the functional specifications with a limited trails and measures. This PHD thesis presents the research works in the filed of developing a design support tool for multifunctional materials. It permits to realise the prototypes adapted to the client's need with a limited time. This tool aims at measuring the relevance of design factors (raw material, process parameters and structural parameters), determining the relevant operation settings (acceptable range of design factors) related to the manufacturing process, and evaluating the global quality of prototypes using the multicriteria decision support methods

Les technologies d’imagerie médicale permettent de visualiser pathologies et traumatismes. Cependant, même si cette imagerie permet des vues perspectives dynamiques, elle reste du domaine du 3D virtuel puisque sur un écran 2D. Une réplique présente dès lors un avantage certain : elle rend palpable la notion d'échelle et de volume et apparents des détails cachés ou ambigus et ainsi améliore ou facilite le diagnostic et la solution chirurgicale.Le prototypage rapide permet la fabrication d'une réplique à partir d'un fichier CAO issu des données d'imagerie, mais ce procédé n'est pour l'instant appliqué qu'à des cas très spécifiques. Nos travaux montrent qu'il peut l'être avec profit en orthopédie et traumatologie à des cas chirurgicaux certes complexes mais courants, et passer du laboratoire de recherche à l'établissement hospitalier.Une méthodologie est définie visant à passer des données DICOM3 à une réplique en ABS par prototypage rapide par dépôt de fil fondu via une reconstruction 3D numérique à l'aide de logiciels dédiés. Une étude de capabilité, transposable à tout procédé, quantifie la réponse et la fidélité de la machine et les paramètres optimaux. Trois applications (à partir de la tomographie RX) sont présentées à travers trois cas cliniques (ostéotomie, arthroplastie, trochléoplastie).Les exemples montrent que le procédé s'avère pertinent (et économiquement raisonnable) dès qu’il est question de géométrie complexe, de matérialisation du relief et d’appréciation d’un volume osseux. La représentation objective de l’échelle des volumes en constitue le point fort et l'intérêt est indéniable dans nombre de domaines de la chirurgie orthopédique et traumatologique
The medical imaging technologies allow the visualization of diseases and injuries. However, even if dynamic perspective ones, these views remain a virtual 3D visualization because on a 2D screen. Real replicas have therefore a definite advantage: they can make palpable the notion of scale and volume and apparent hidden or ambiguous details and thus enhance or facilitate the diagnosis and the surgical solution.The rapid prototyping allows to achieve a replica from a CAD file issued from imaging data but this process is now only applied to specific cases. Our work shows that it can be applied with profit for complex but usual orthopaedic and trauma surgery cases. It can be so transfered from the research laboratory to the hospital.A methodology is defined to manufacture an ABS replica through rapid prototyping by fused deposition modelling from DICOM3 data and digital 3D reconstructions using dedicated software. The study of the capability, transferable to any process, quantifies the response and the accuracy of the machine and the optimal parameters. Three applications (from CT-scan) are presented through three clinical cases (osteotomy, arthroplasty and trochleoplasty) . The examples show that the method is appropriate (and economically reasonable) when it comes to complex geometry or assessment of bone volume. The objective representation of the volumes is the strength of the method and the interest is undeniable in many areas of orthopaedic surgery and traumatology

La stéréophotolithographie laser permet de fabriquer des objets 3D en polymère à partir des données fournies par une CAO. Le principe de base est la polymérisation d'une résine multifonctionnelle résolue dans l'espace. Cette nouvelle technologie a été poussée à ses limites pour fabriquer de petits objets, ce travail de recherche nous a conduit à développer un nouveau procédé de microfabrication et de nouvelles résines performantes

La fabrication additive est une catégorie de procédés qui permet l’obtention de pièces mécaniques par apport de matière. Les procédés de type Directed Energy Deposition (DED), combinables avec des robots multi-axes, sont prometteurs pour l’obtention de pièces à la structure complexe. Cependant, les méthodes de génération de trajectoire et les structures des machines utilisées restent un enjeu dont les innovations décupleraient les possibilités industrielles.Cette thèse présente une méthode numérique systématique de génération de trajectoire adaptée aux procédés DED à partir d’une surface facettisée de forme arbitraire. Validée à travers des simulations sur des surfaces minimales tri-périodiques, la méthode permet la création d’un premier trajet de dépôt respectant la contrainte de distance entre la pièce et l’outil. Combinable à de la rétroaction par priorisation de régions, il pourra être modifié ultérieurement selon les contre-indications physiques issues du robot utilisé, du matériau de fabrication et de l’outil
Additive manufacturing is a category of processes that allows the production of mechanical parts by the adding of material. Directed Energy Deposition (DED) processes can be combined with multi-axis robots and are a promising option to obtain parts with complex structures. However, the path generation methods and the machine structures used remain an issue. With innovations in these areas, the industrial possibilities would increase tenfold.This thesis presents a numerical and systematic path generation method based on meshed surfaces and adapted to DED processes. The method was validated through simulations on minimal triply periodic surfaces and allows the creation of a first deposition path that meets the distance constraint between the part and the tool. This first path can be combined with region prioritization feedback to obtain a final path adapted to the physical warnings provided by the robot, the manufacturing material and the tool

La Stratoconception est un procédé breveté de prototypage rapide permettant de fabriquer directement par couches une pièce créée par CAO, sans rupture de la chaîne conception / fabrication. Le procédé de Stratoconception est développé au CIRTES depuis 1990 et a fait l'objet de nombreuses communications ainsi que de dépôts de brevets et de marques.
La Stratoconception consiste à décomposer (trancher) une pièce, en un ensemble de couches élémentaires simples, appelées strates, dans lesquelles sont introduits des renforts et inscris. Les pièces élémentaires sont identifiées puis fabriquées directement par micro-fraisage rapide 2.5 axes, à partir de matériaux en plaques. Ces pièces élémentaires sont ensuite assemblées pour reconstituer le produit final. L'assemblage est pris en compte dès la décomposition.
Ce travail est une continuation des travaux de thèse CIFRE n°642/99 de Geoffroy LAUVAUX effectués au sein de l'IFTS de Reims et soutenus en 2005.
La notion de décomposition de modèle numérique en entités a connu, et connaît encore, de nombreux développements et travaux. A l'origine, les entités de décomposition correspondaient à des entités élémentaires d'usinage (plan, cylindre, balayage...). Aujourd'hui, les travaux portant sur la décomposition de modèles sont principalement appliqués dans les domaines de l'imagerie multimédia, de la reconnaissance de similarités de modèles et de la création de nouveaux modèles à partir de bases de données de modèles existants.
Lorsque l'on cherche à appliquer la notion de décomposition à la Stratoconception, il apparaît que celle-ci n'est pas unique et qu'il est possible de définir trois types de décompositions adaptées à des problématiques bien distinctes : la décomposition en strates, en morceaux et en entités. Chacune de ces décompositions résout des problèmes d'accessibilté, de réduction de dimensions de modèles et d'optimisation de vitesse de réalisation.
Nous avons plus particulièrement travaillé sur l'optimisation de la phase de tranchage par l'utilisation de points caractéristiques (dits critiques) et sur l'utilisation de la ligne de reflet pour la décomposition et la réalisation de formes tubulaires. Nous avons également étudié un algorithme de décomposition en entités convexes approchées en dimensions 2 et 3.

Ce projet de recherche de doctorat vise à développer un nouveau Système d’Aide à la Conception de Vêtement Personnalisé (PGDSS en Anglais) pour les personnes à morphologie atypique (PWAM en Anglais). Ce système nous permet de développer rapidement des vêtements adaptés à leurs besoins fonctionnels, expressifs et esthétiques (FEA en Anglais) et à leurs morphologies atypiques. Afin de réaliser le PGDSS proposé, deux sous-systèmes sont développés: un Système de Recommandation de Mode Personnalisée (PFRS en Anglais) et une Plate-Forme Virtuelle de Prototypage de Vêtement 3D/2D (VGPP en Anglais). Le PFRS est conçu pour sélectionner les solutions de vêtement personnalisées les plus pertinentes en termes de couleur, de tissu et de style, tandis que le VGPP permet de créer rapidement des vêtements virtuels en fonction de leurs critères de conception (profils de produits), de les ajuster ensuite. Le PGDSS proposé peut être entièrement utilisé en ligne, il est alors connecté à une plate-forme E-commerce de vêtement. Mais il peut aussi être connecté à un système de fabrication de vêtements automatique hors ligne.Les facteurs de conception pour les vêtements personnalisés ont été identifiés et analysés dans ma recherche de doctorat. Les nouveaux produits générés par le système proposé répondront aux exigences et aux fonctions spécifiques imposées par les personnes à morphologie atypique en termes d'ergonomie, de biophysique, de psychologie, d'esthétique, de confort et de commodité. Le système proposé est capable d'offrir des designs à forte personnalisation à un faible coût pour un marché de vêtement dont la demande est en hausse. Ce qui fait la distinction avoir les produits existants du marché est que nous prenons en compte l’ensemble des exigences de ce type de consommateur par un produit entièrement personnalisé
This PhD research project aims at developing a new Personalized Garment Design Support System (PGDSS) for People with Atypical Morphology (PWAM). This system enables to quickly develop garments adapted to their special Functional, Expressive and Aesthetic (FEA) needs and atypical morphologies. In order to realize the proposed PGDSS, two subsystems are developed: the Personalized Fashion Recommendation System (PFRS) and Virtual 3D-to-2D Garment Prototyping Platform (VGPP). The PFRS is developed for selecting the most relevant personalized garment design solutions in terms of color, fabric and style, while the VGPP enables designers to quickly create virtual garments according to their design criteria (product profiles) and visualize them in order to adjust design parameters. The proposed PGDSS can be fully used online. It can be further connected to a garment e-shopping platform or an offline automatic garment manufacturing system.The design factors for personalized garments have been identified and analyzed in my PhD research. The new products generated by the proposed system will meet the specific demands and functions imposed by people with atypical morphology in terms of ergonomics, biophysics, psychology, aesthetics, comfort and convenience. The proposed system is able to offer more personalized designs at low-cost level for highly customized garment market

Les surfaces implicites offrent de nombreuses solutions utiles pour les tâches d'infographie, telles que des requêtes simples d'intérieur/extérieur, une représentation indépendante de la résolution et une définition compacte. Cependant, les visualiser de manière robuste et efficace représente un défi, en particulier pour les surfaces définies avec des fonctions complexes. Dans la partie I, nous présentons une méthode de rendu en temps réel pour les surfaces intégrales définies par squelettes. Elle s'appuie sur l'utilisation d'un A-Buffer construits dynamiquement sur le GPU pour éviter le traitement des espaces vides et réduire le nombre de primitives de squelettes à traiter localement. La recherche des racines est effectuée à l'aide d'une interpolation quadratique rationnelle pour limiter le nombre d'évaluations de potentiel. La partie II introduit une arithmétique d'intervalle basé sur les primitives pour le traitement efficace des surfaces intégrales pour le rendu et le tranchage en temps réel. Enfin, dans la partie III, nous présentons une famille de méthodes d'inclusion robustes pour le rendu d'une large famille de représentation implicites. Les intersections rayon-surface sont calculées de manière fiable et efficace à l'aide de fonctions d'inclusion linéaires et quadratiques calculées soit en bornant les dérivées de premier et de second ordre, soit en construisant les bornes à partir des opérations algébriques de base définissant la fonction de potentiel. Le problème de la génération de bornes infinies ou non valides est éliminé en réduisant dynamiquement la taille des intervalles. Des exemples pour le rendu en temps réel et le tranchage pour la fabrication additive sont donnés pour des surfaces implicites à squelette, des surfaces de convolution et des fonctions de bases radial
Implicit surfaces provide many useful solutions for computer graphics tasks such as simple in/out queries, resolution independent representation and compact definition. However, rendering them robustly and efficiently provides a challenge especially for surfaces defined with complex field functions. In Part I, we introduce a real-time rendering method for skeleton-based integral surfaces. It relies on dynamically built A-buffers on GPU to discard empty spaces and reduce the number of skeleton primitives evaluation. The root finding is performed using rational quadratic interpolation to limit the number of field evaluations. Part II introduces a per-primitive interval arithmetic for skeleton-based integral surfaces for real-time rendering and slicing, and finally in Part III we introduce a family of robust forward inclusion methods for rendering a wide family of implicits. Using linear and quadratic inclusion functions calculated either by bounding the first and second order derivatives, or building the bounds up from the basic algebraic operations that constitute the field function definitions, ray-surface intersections are calculated reliably and efficiently. The problem of creating infinite or invalid bounds are eliminated by reducing the interval sizes and bounding piece-wise defined functions. Example surfaces are given with skeleton-based implicits, convolution surfaces, Hermite radial basis implicits for real-time rendering and slicing for additive manufacturing

Résumé : Dans le contexte de l'ingénierie collaborative et de l'entreprise étendue, la collaboration des différents acteurs passe par l'interopérabilité des systèmes d'IAO(Ingénierie Assistée par Ordinateur), celle-ci devant être fondée sur des solutions technologiques normalisées. Cantonnée aux échanges de fichiers suivant différents formats (IGES, SET, VDA etc. ), l'interopérabilité des systèmes CAO (Conception Assistée par Ordinateur) s'est longtemps heurtée et se heurte encore aujourd'hui à l'hétérogénéité des représentations utilisées. AU Milieu des années quatre vingts, le projet STEP (STandard for Exchange of Product data model) propose de normaliser les représentations du produit utilisées dans les divers secteurs de l'industrie pour en permettre l'échange et le partage. Vingt ans plus tard, le processus de normalisation n'est toujours pas terminé et ses retombées toujours attendues. . . Parallèlement dans le secteur des télécommunications, le problème de l'intéopérabilité logicielle se pose de manière générale : comment faire collaborer des ressources hétérogènes et distribuées ? Basée sur les concepts orientés objet d'abstraction et d'encapsulation, les architectures de médiation (CORBA, DCOM) permettent à des objets hétérogènes et distribués de collaborer au travers d'interfaces bien définies. Récemment l'OMG (Object Management Group) décide d'appliquer cette approche à l'IAO. Les services de CAO, de simulation distribuée et de GDT (Gestion de données Techniques) sont alors normalisés. A travers la présentation détaillée des normes STEP, DCOM et CORBA, cette thèse présente les différences fondamentales entre ces deux approches. Nous proposons ensuite, dans la continuité des travaux de l'OMG, de revoir l'interopérabilité entre système de CAO et système de prototypage au moyen de la médiation. Nous proposons pour cela de spécifier les interfaces d'un certain nombre de composants usuels des systèmes de prototypage : les modèles STL et STL topologique, les services de tranchage et de remplissage, traitant des cas de singularités au regard des voisinages. Enfin, nous présentons un système de prototypage rapide utilisable via Internet, développé à des fins de validation.

Cette thèse est un travail prospectif qui vise à appliquer en Génie des Procédés des méthodes d’optimisation de forme développées dans d'autres domaines d'ingénierie. La première partie de ce travail est dédiée au développement d'une méthodologie d'optimisation de forme et à son implantation dans le logiciel libre OpenFOAM. Elle a ensuite été appliquée afin de déterminer la configuration optimale du garnissage d'un réacteur à lit fixe en deux dimensions en écoulement monophasique de liquide. La méthodologie développée est ensuite testée pour déterminer la forme du garnissage qui minimise la dissipation d'énergie dans le fluide due aux frottements visqueux, la concentration moyenne de réactif en sortie, ou les deux simultanément à l'aide de l'optimisation multicritère. Les configurations optimales déterminées sont satisfaisantes et permettent une amélioration significative de la conversion du réacteur ou de la perte d'énergie dans le fluide. Dans une seconde partie, une campagne expérimentale a été réalisée dans l'objectif de valider la modélisation CFD effectuée par le logiciel OpenFOAM, nécessaire à l'optimisation de forme et simulant l'écoulement et les réactions mises en jeu dans le réacteur. Pour cela, des maquettes à l'échelle 1 du réacteur initial et des réacteurs optimaux ont été fabriquées par impression 3D dans le but de les expérimenter. Les expériences s'articulent autour de 3 techniques de mesure, la PIV (Vélocimétrie par Image de Particules), la mesure de DTS (Distribution des Temps de Séjour) et la mesure de la conversion à la sortie du réacteur. Finalement, il a été montré que l'optimisation du réacteur sous sa forme 2D permet une amélioration significative de ses performances même si la configuration déterminée est sûrement sous-optimale. En effet, après avoir comparé les mesures expérimentales aux simulations en deux et trois dimensions, il a été constaté que la simulation 3D est plus représentative de la réalité que la simulation 2D. Ainsi, optimiser le réacteur sous sa forme 3D serait une perspective intéressante pour la suite à condition d'améliorer le traitement des contraintes liées à l'étape de fabrication additive des réacteurs
This thesis is a prospective work which aims to apply in Chemical Engineering shape optimization methods developed in other areas of engineering. The first part of this work is dedicated to the development of a shape optimization method to determine the optimal configuration of a two-dimensional packed reactor with a single phase liquid flow. The developed method is then applied to determine the shape of the reactor packing that minimizes the energy dissipation in the fluid due to viscous friction, the average outlet concentration of reactant, or both simultaneously using multi-objective optimization. The optimal configurations determined are satisfactory and allow a significant improvement of the conversion rate or the energy losses in the reactor. In a second part, an experimental campaign was carried out in order to validate the CFD simulation performed by OpenFOAM software, required by the developed shape optimization approach and modeling the fluid flow and reactions involved in the reactor. For this purpose, scale 1 prototypes of the initial and optimal reactors have been manufactured by 3D printing in order to experiment them. The experimental campaign is based on 3 measurement techniques, the PIV (Particle Image Velocimetry), the measurement of RTD (Residence Time Distribution) and the measurement of the conversion rate at the reactor outlet. Finally, it has been shown that the optimization of the reactor in its 2D form allows a significant improvement of its performance even if the determined configuration is probably sub-optimal. Indeed, after comparing the experimental measurements with 2D and 3D simulations, it has been found that the 3D simulation is more representative of reality than the 2D simulation. Thus, optimizing the reactor in its 3D form would be an interesting perspective for the future works, provided the problem of constraints related to the reactor additive manufacturing step is fixed

Les systèmes commerciaux de recommandation de vêtements ont été largement utilisés dans l'industrie de l'habillement. Cependant, les recherches existantes sur la conception de vêtements numériques se sont concentrées sur les évolutions techniques du processus de conception virtuelle, avec peu de retours de métier provenant des designers. La coupe d'un vêtement joue un rôle important dans l'achat de celui-ci par le client. Afin de développer un vêtement correctement ajusté, les stylistes et les modélistes doivent ajuster le patron du vêtement plusieurs fois jusqu'à ce que le client soit satisfait. Actuellement, le modélisme traditionnel présente trois inconvénients majeurs : 1) il est très long et inefficace, 2) il repose trop sur des concepteurs expérimentés, 3) la relation entre la forme du corps humain et le vêtement n'est pas pleinement explorée. Dans la pratique, le styliste joue un rôle clé dans la réussite du processus de conception. Il est nécessaire d'intégrer les connaissances et l'expérience du styliste dans les systèmes actuels de CAD de vêtements afin de fournir rapidement une solution de conception réalisable, centrée sur l'homme et à faible coût, pour chaque besoin personnalisé. En outre, les services basés sur les données, tels que les systèmes de recommandation, la classification des formes corporelles, la modélisation du corps en 3D et l'évaluation de l'ajustement des vêtements, devraient être intégrés dans le système de CAD de l'habillement afin d'améliorer l'efficacité du processus de conception.Sur la base de ces besoins, cette thèse propose un système de recommandation intelligent composé de modèles de vêtements ajustables pour conduire à la conception de vêtements personnalisés. Le système fonctionne en combinaison avec un nouveau processus de conception nouvellement développé, à savoir l'identification de la forme du corps humain - la recommandation d'une solution de conception - la représentation virtuelle 3D et l'évaluation - l'ajustement des paramètres de conception. Ce processus peut être répété jusqu'à ce que l'utilisateur soit satisfait. Le système de recommandation proposé a été validé par quelques cas pratiques de conception réussis
Commercial garment recommendation systems have been widely used in the apparel industry. However, existing research on digital garment design has focused on the technical development of the virtual design process, with little knowledge of traditional designers. The fit of a garment plays a significant role in whether a customer purchases that garment. In order to develop a well-fitting garment, designers and pattern makers should adjust the garment pattern several times until the customer is satisfied. Currently, there are three main disadvantages of traditional pattern-making: 1) it is very time-consuming and inefficient, 2) it relies too much on experienced designers, 3) the relationship between the human body shape and the garment is not fully explored. In practice, the designer plays a key role in a successful design process. There is a need to integrate the designer's knowledge and experience into current garment CAD systems to provide a feasible human-centered, low-cost design solution quickly for each personalized requirement. Also, data-based services such as recommendation systems, body shape classification, 3D body modelling, and garment fit assessment should be integrated into the apparel CAD system to improve the efficiency of the design process.Based on the above issues, in this thesis, a fit-oriented garment pattern intelligent recommendation system is proposed for supporting the design of personalized garment products. The system works in combination with a newly developed design process, i.e. body shape identification - design solution recommendation - 3D virtual presentation and evaluation - design parameter adjustment. This process can be repeated until the user is satisfied. The proposed recommendation system has been validated by some successful practical design cases

Le procédé de fabrication par fusion de poudre à l'aide d'un faisceau d'électrons est appelé procédé Electron Beam Melting (EBM). Il permet la fabrication de pièces métalliques à partir de poudres. Grâce au niveau de qualité (géométrique et mécanique) des pièces produites, le procédé peut être utilisé afin de produire des pièces fonctionnelles et non plus uniquement des prototypes. Ce procédé, ainsi que les autres procédés additifs métalliques, permettent d'envisager le passage de l'impression 3D à la fabrication additive métallique.L'utilisation de la fabrication additive dans un contexte industriel impose le respect de critères en termes de qualité, coût et délai des pièces produites. L'ensemble des étapes numériques de mise en production d'une pièce constitue la chaîne numérique. Cette dernière a un impact fort sur l'ensemble de ces trois critères. Ainsi, cette thèse apporte une réponse à la question suivante :Comment la fabrication assistée par ordinateur peut-elle améliorer le triptyque qualité, coût, délai du procédé de fabrication EBM?Le problème est abordé par la question sous-jacente suivante :Quelles caractéristiques doit posséder un environnement de fabrication assistée par ordinateur adapté au procédé EBM ?Pour répondre à cette question, la chaîne numérique actuelle est analysée . Les principales limites identifiées sont :- l'utilisation de fichiers au format STL- l’impossibilité d’optimiser le procédé à différentes échelles- l’impossibilité de simuler le procédé EBMAfin de résoudre l'ensemble des problèmes énoncés, un environnement de FAO est proposé. Celui-ci permet de centraliser l'ensemble des opérations de mise en production au sein d'un environnement unique. Il autorise le travail avec l'ensemble des formats de fichiers reconnus comme les formats natifs des logiciels de CAO ou le format STEP. Des développements informatiques permettent de concrétiser l’environnement proposé.L'implémentation de l'environnement de FAO a mis en évidence le rôle fondamental de la simulation au sein de celui-ci. Il a donc fallu répondre à la question :Comment obtenir une simulation du procédé EBM permettant sa mise au point hors ligne en temps raisonnable ?Bien que la simulation du procédé EBM est largement traitée dans la littérature scientifique, les études proposées reposent sur la méthode des éléments finis et le temps de calcul nécessaire n'est pas compatible avec une utilisation au sein d'un environnement de FAO. Un type de simulation alternatif a donc été créé : une simulation par abaques. Elle est constituée d’une simulation par la méthode des éléments finis qui permet d'obtenir des cartes de températures pour des cas de chauffes et de refroidissements standards. Ces cartes de températures sont ensuite transformées en abaques. La simulation par abaques est vue comme la succession d'une multitude de cas standards. Ainsi l'algorithme de simulation par abaques cherche l'abaque le plus proche de la situation simulée, afin d’estimer les températures au pas de temps suivant.Cette méthode de simulation a permis une réduction des temps de calcul tout en gardant une précision suffisante pour pouvoir être utilisée pour optimiser les paramètres de fabrication.Grâce à une telle simulation, un outil d'optimisation des stratégies de fusion a pu être créé. Il permet d’améliorer la qualité des pièces produites en calculant des stratégies de fusion respectant certains critères thermiques.Les apports majeurs de ces travaux de thèses sont :- l'établissement d'un cahier des charges pour une chaîne numérique performante en EBM- le développement d'un environnement de FAO adapté au procédé EBM- la mise au point d'une simulation rapide du procédé EBM basée sur des abaques- la création d'un outil d'optimisation des stratégies de fusion
The Electron Beam Melting (EBM) process allows to build metallic parts from powder. Thanks to the geometric and mechanical quality of the parts produced, the EBM process can be used to manufacture functional parts and not only prototypes. This process, with other additive metallic processes, make it possible to consider a transition from 3D printing to metallic additive manufacturing.The use of additive manufacturing in an industrial environment requires compliance with quality, cost and time criteria for the parts produced. The production of manufactured parts involves a series of numerical stages which is called the numerical chain. The numerical chain has a significant impact on the three criteria mentioned above. Thus, this thesis provides an answer to the following question:How Computer Aided Manufacturing can improve the quality, cost and time of the EBM manufacturing process?This problem is addressed through the following underlying question:What are the required characteristics for a Computer Aided Manufacturing system adapted to the EBM process?In order to answer this question, the current numerical chain is analyzed. Three main limitations are found:- the use of STL files format- the process cannot be optimized at different scales- the process cannot be simulatedTo solve these issues, a CAM environment is proposed. It allows the centralization of all numerical operations in a single environment. All supported formats can be used within this environment, such as native CAD file formats or STEP format. Software developments are done to prove the feasibility of such an environment.The CAM environment implementation reveals the crucial role of simulation in this system. It is therefore necessary to answer this second question:How to obtain an EBM process simulation allowing the development of parameters, virtually?Although EBM simulation is a recurrent subject in scientific literature, existing studies are based on the finite elements method but the calculation time needed is too important to be used in an CAM environment. Thus, an alternative type of simulation is created in this thesis: a simulation based on abacus. It is composed of a finite elements model, that allows heat maps generation for standards cases of heating and cooling. These heat maps are then transformed in abacus. The simulation algorithm based on abacus search the nearest abacus from the simulated situation in order to estimate the temperatures at the next time step.This simulation method was used to reduce the calculation time while keeping a sufficient precision to optimize process parameters.With the simulation based on abacus, a tool for the optimization of melting strategies is developed. This tool allows quality improvement for the produced parts through the calculation of melting strategies according to thermic criteria.To summarize, the main contributions of this work are:- the definition of requirements specifications of a powerful numerical chain for the EBM process- the development of a CAM environment adapted to the EBM process- the proposal of a fast simulation for the EBM process, based on abacus- the development of a tool for the optimization of melting strategies

La réalité virtuelle a longtemps été utilisée dans les applications ludiques comme les jeux d'arcades et les parcs d'attractions. Cette technologie se trouve aujourd'hui mieux impliquée dans les activités de production, de formation ou de communication. Cette thèse traite l'assemblage du prototype virtuel d'un produit dans un environnement 3D, qui simule l'atelier de montage dans le monde réel. Pour que les objets de cet environnement aient un comportement réaliste, des algorithmes et des métaphores ont été développés dans dVISE. L'objectif consiste à tester l'assemblabilité d'un produit au stade de sa conception et à générer la séquence de son assemblage la plus réalisable à partir des essais effectués sur des pièces virtuelles dans un envieronnement simulé. On démontre que la loi de Fitts, qui est un modèle du comportement psychomoteur humain, est applicable à une tâche d'assemblage de pièces cylindriques dans un environnement 3D. On génère la loi de Fitts modifiée qui tient compte de l'effet du diamètre de la pièce à déplacer. Ce dernier réduit l'indice de difficulté de la tâche et le temps de mouvement formulé par le modèle de Fitts. Les valeurs de l'indice de performance de la tâche obtenues dans le monde réel (MR) et dans l'environnement virtuel (EV) permettent de confirmer que des informations quantitatives et qualitatives, telles que le temps et la gamme d'assemblage, peuvent être déduites à partir d'un modèle en environnement virtuel. L'opérateur utilise ses connaissances du domaine de la planification d'assemblage et les métaphores de l'environnement virtuel pour créer des assemblages stables. L'analyse de l'exécution de la tâche d'assemblage en EV et dans le MR nous permet de conclure que la planification des actions d'assemblage ne dépend pas de l'environnement d'interaction. Ceci valide notre approche d'assemblage mécanique en réalité virtuelle

Il est proposé dans ce travail de doctorat de développer une conception optimale adaptée à la fabrication additive, y compris en utilisant des matériaux composites et en développant des méthodes pour caractériser les matériaux/structures réalisés (banc de test, simulation éléments finis). Ce travail pourra alors être appliqué pour concevoir une prothèse pour membre inférieur, répondant aux exigences en termes de résistance des matériaux et de compatibilité/interaction avec l'humain. Les simulations éléments finis seront réalisées pour améliorer la conception et tester la structure sous différents cas de charge.Les travaux reposent sur des simulations numériques mais aussi sur des expériences. Aujourd'hui, les simulations numériques se sont fortement développées parallèlement à la fabrication additive et à la science des matériaux. Ces nouvelles méthodes permettent d’innover dans la domaine de la conception des prothèses. Par exemple, la combinaison de la simulation numérique et de l'optimisation associée à l’utilisation de matériaux innovants, peut permettre de concevoir des systèmes prosthétiques avec les propriétés souhaitées pour recouvrir les fonctions dégradées du patient.Des travaux expérimentaux sont menés afin d'identifier l'interaction entre l'emboîture prothétique et le moignon. La pression de contact de la souche et la contrainte de la douille sont mesurées à l’aide du circuit électronique. L'emboîture prothétique est fabriquée en utilisant une technique de fabrication additive. Le modèle du moignon est également conçu et fabriqué sur la base de la fabrication additive. Une couche de silicone de 1 cm d'épaisseur est placée sur la surface externe du modèle de moignon pour reproduire la peau humaine
It is proposed in this PhD work to develop an optimal design of a prosthetic part suitable for additive fabrication, based on material engineering and structural design, as well as manufacturing and testing/characterization. The objective is to find a way to obtain a functional prosthesis satisfying all the operational requirements in terms of material strength and human/structure matching. Finite element-based simulations will also be carried out to help in the design process.The work focuses first on numerical simulations than on experiments. Today, numerical simulations have developed strongly alongside additive manufacturing and materials science. These new methods make it possible to innovate in the field of prosthesis design. For example, the combination of numerical simulation and optimization associated with the use of innovative materials, allow designing prosthetic systems with the desired properties to cover the degraded functions of the patient.Experimental work is carried out to identify the interaction between the prosthetic socket and the stump. The stump’s contact pressure and the socket’s stress are measured by using the electronic circuit. The prosthetic socket is fabricated by using additive manufacturing technique. The stump model is also designed and manufactured based on additive fabrication and a 1cm-silicone layer is added on the outer surface of the stump.Keyword: FE Simulation, Additive Fabrication, Composites, Optimization

Dans notre thèse nous proposons une méthode pour la modélisation des machines industrielles dans un environnement virtuel. En effet la structure du modèle d'une machine industrielle est constituée de "Composants Virtuels" qui correspondent aux composants industriels de la machine et une partie de contrôle qui correspond à la spécification fonctionnelle de la machine. Dans notre approche, chaque composant virtuel est modélisé par des modèles VRML pour la géométrie et par des automates hybrides (AH) pour le comportement. I,a partie de contrôle es! modélisée par des Grafcets, comme c'est le cas dans la majorité de machines industrielles. Ces Grafcets sont ensuite traduits à AH et couplés avec les AH des composants virtuels. Le modèle complet en AH en alors implémenté dans l'environnement virtuel générique "OpenMASK". Cette approche permet de rendre le prototypage virtuel accessible aux spécialistes du domaine de la conception des machines industrielles. La méthode développée dans nos travaux est indépendante de la plateforme de réalité virtuelle. Cette méthode de modélisation est ensuite implémentée dans deux exemples afin valider notre approche
In our thesis we propose a method for modelling industrial machines in virtual environment. In Tact; the structure of an industrial machine model is composed by "Virtual Components" which corresponds to the physical industrial components of the machine and a control pan which corresponds to the functional specification of the machine. In our approach, each virtual component is modelled by VRML model for geometry and by hybrid automata (HA) for behaviour. The control part is modelled by Sequential Function Charts (SFC), as it is the case in the majority of industrial machines. Those SFC are translated to HA and composed with the virtual components IIA. The whole HA model of the machine is then implemented in the generic virtual environment "OpenMASK" by specific translation method which was developed previously. This approach makes virtual prototyping accessible by the specialists in the domain of industrial machine design domain, "["he method developed in our works is independent from the virtual reality platform. The modelling method developed in this thesis is implemented through two examples in order to validate our approach

Ce travail porte sur la conception d'un environnement permettant de concevoir avec efficacite des architectures mixtes materiel/logiciel. Pour cela, il a fallu prendre en consideration les problemes suivants : i) identification des mesures pour juger les systemes mixtes, ii) identification des manieres de comparer et de construire les systemes mixtes, selon leurs composants ou leurs proprietes, iii) prototypage des systemes par construction incrementale, en prenant en compte les mesures portant sur les configurations precedentes, afin de raffiner les versions successives des systemes a developper ainsi que les strategies de conception, iv) realisation d'un environnement integrant les outils de conception et de mesure, assurant la capitalisation des configurations. Nous proposons un environnement d'aide a la conception, qui permet de construire interactivement un systeme par la generation de configurations successives. Le prototypage est alors guide par l'analyse des mesures effectuees sur les configurations precedentes. Notre travail porte sur l'identification des notions, des concepts et des variables utiles au prototypage de systemes mixtes materiel/logiciel, permettant d'ameliorer les modeles de configurations et sur la construction d'un environnement permettant de superviser et de memoriser les tentatives de conception, en interaction avec les concepteurs. Une architecture a base d'agents est presentee afin de prendre en charge les operations de recherche d'une adequation entre un algorithme et une architecture, et une maquette a ete developpee pour illustrer l'utilisation d'un tel environnement. Il laisse les concepteurs dans la boucle de conception, ne les remplace pas, mais permet d'instrumenter certaines des taches de conception.

Il existe de nos jours beaucoup d'environnements dits de CAO, conçus pour assister et accompagner le travail des concepteurs tout au long d'un projet. Pourtant, ces logiciels sont peu adaptés à la première phase d'un projet: la conception créative. En effet, leurs approches géométriques et excessivement directrices ignorent le caractère flou et itératif de la démarche du concepteur, appuyée par un outil figuratif essentiel: le croquis. Cette thèse s'inscrit dans un courant de travaux axés sur l'utilisation du dessin pour la réalisation de modèles numériques 3D, dans le but de fournir des outils informatiques de support à la conception créative. Mais au delà de l'interprétation de croquis, nous proposons une approche originale appliquée au domaine de la conception architecturale, reposant sur un environnement instrumenté: SVALABARD, une Table à dessin virtuelle, basée sur un paradigme de feuilles d'interaction, composant des périphériques d'entrée et des techniques d'interaction non-standard.
Toutefois, la faisabilité technique d'une telle approche a rapidement été compromise de par la rigidité et le manque d'extensibilité des outils actuels pour le développement d'interfaces. C'est pourquoi nous proposons aussi dans cette thèse un nouveau modèle d'architecture logicielle plus flexible et dynamique, qui, une fois réalisé dans la boîte à outils MAGGLITE, nous a permis de faciliter et d'encourager le prototypage et la réalisation d'interactions avancées.

Depuis quelques années, la plupart des constructeurs automobiles innovent en faisant appel aux techniques de la réalité virtuelle (RV). Cette approche possède un fort potentiel en termes de gain de temps et de réduction des coûts. Elle permet également d'évaluer de nouvelles approches liées au processus de conception lui-même. Cependant, un certain nombre de verrous technologiques et méthodologiques subsistent. Ils concernent en particulier (i) la simplification et la physicalisation des maquettes numériques issues des logiciels de CAO, (ii) le développement de configurations visuo-haptiques adaptées aux différentes tâches impliquées par le prototypage virtuel, et (iii) l'identification des retours sensoriels les plus pertinents, permettant à l'opérateur d'effectuer ces tâches efficacement. Un ensemble de problématiques soulevées par le service R&D de Valeo Lighting Systems (Angers) nous a conduit à traiter les trois aspects évoqués ci-dessus. Les tâches étudiées sont l'accessibilité, l'extraction et la manipulation de lampes sur prototype virtuel à l'échelle 1:1. Dans le manuscrit, nous commençons par aborder les limites du prototypage réel et les apports liés au prototypage virtuel. Ces apports sont examinés en particulier pour les phases de création et de validation des prototypes. Puis, nous présentons un état de l'art exhaustif des dispositifs d'affichage et des interfaces à retour d'effort, que nous avons classées en fonction de leur architecture mécanique et de leur support de référence. Ensuite, nous traitons la simplification et l'intégration de maquettes virtuelles ainsi que l'intégration du modèle biomécanique de l'opérateur humain. Différentes simulations permettant de valider la méthodologie d'intégration proposée sont décrites. Celles-ci sont basées sur l'utilisation de notre plate-forme de réalité virtuelle. Enfin, nous décrivons une série cohérente et progressive d'expérimentations permettant d'évaluer la pertinence et l'influence de différentes modalités sensorielles (visuelle, sonore, vibro-tactile, et kinesthésique) sur la performance humaine. L'objectif est d'identifier les avantages et inconvénients de ces retours d'information dans différentes configurations matérielles. Les résultats sont analysés via différents indicateurs de performance (temps de réalisation des tâches, précision de placement). Des données subjectives sont également recueillies via l'observation des sujets pendant l'exécution des tâches et à partir de questionnaires.

Dans un environnement économique à faible croissance et à forte concurrence, l'avance technologique est importante, mais très souvent ne suffit plus. Pour être compétitif, il convient aussi, de faire le bon produit, c'est-à dire le produit qui correspond aux réels besoins, attentes et caractéristiques des utilisateurs. Par conséquent, l'usage du produit devient une source d'innovation pour les entreprises industrielles. Pour intégrer l'usage d'un produit en conception, nous choisissons d'étudier les phases de convergence multidisciplinaire sur le couple produit/usage car ce sont des phases de collaboration forte entre les acteurs métiers tout au long du processus de conception. Les différentes disciplines, connaissances et pratiques impliquées dans les projets de conception, rendent le transfert des connaissances difficile entre les acteurs métiers durant ces phases. Face à cette problématique, nous nous intéressons plus particulièrement aux Objets Intermédiaires de Conception (OICs) (ex.prototype virtuel, maquette physique, etc.) comme moyen pour faciliter l'échange et la communication entre les acteurs métiers. Notre objectif est d'améliorer la collaboration entre les acteurs à travers l'étude des OICs et une meilleure compréhension des apports de ces objets. Dans nos travaux de thèse, nous indiquons l'intérêt de l'ajout d'interactions dédiées aux acteurs métier à l'OIC pour améliorer la qualité de la collaboration sur le couple produit/usage. Cela a été montré à travers le développement et la validation d'un outil d'annotation et sketching 2D (Virtusketches) en environnement virtuel immersif. Nos résultats montrent des différences significatives entre prototype virtuel (sur une plateforme de réalité virtuelle) et modèle CAO (sur un système CAO) concernant la qualité de collaboration et les objectifs des acteurs métier durant des revues de projets de conception. Nous proposons aussi une approche méthodologique DCDO (Démarche méthodologique de Choix et de Définition des OICs) pour le choix et la définition des OICs. L'une des originalités de cette approche réside dans le fait de considérer tous lesaspects liés à la définition de l'OIC dans le contexte de la convergence sur le couple produit/usage. Cette approche méthodologique a été implémentée et mise en pratique dans un module de revue de projet en environnement PLM(Product Lifecycle Management)
In our economic environment with low growth and high competition, technological advance is important, but often not enough. To be competitive, it is also necessary to propose a product which corresponds to the real needs, expectations and characteristics of users. Therefore, product use becomes a source of innovation by industrial companies. In order to integrate product use in design process, we choose to study the multidisciplinary convergence phases about the product and its related use because they are phases of strong collaboration between design actors. However, different disciplines, knowledge and practices involved in design projects, make the transfer of knowledge between design actors difficult. To this end, we are particularly interested in Intermediary Objects of Design (IOs) (ex. Virtual prototype, physical prototype, etc.) as a means to facilitate the exchange and communication between design actors. Our goal is to improve collaboration between design actors through the study of IOs, a better understanding of theirs contributions and the definition of a methodology that allows designactors to define these objects depending on their own needs and expectations. In this context, we indicate the interest of adding interactions dedicated to design actors through the IOs to improve the quality of collaboration. This has been shown through the developing and validating an annotation and 2D (Virtusketches) sketching tool in immersive virtual environment. Our results also show significant differences between a virtual prototype using (virtual reality platform) and CAD model (using CAD system) concerning the quality of collaboration and the realized objectives in design reviews. We also propose a methodological approach for the choice and the definition of IOs (DCDO). One of the originalities of this approach lies in the fact to consider all aspects related to the definition of the IOs in the context of convergence on the product/use couple. This methodological approach has been implemented and put into practice using an application to prepare project reviews in PLM (Product Lifecycle Management).environment

Les bandes ventriculaires sont deux structures du larynx dont l'implication a été observée pour certaines réalisations vocales. L'origine de leur participation dans le geste phonatoire et les effets induits sur le son laryngé sont peu explorés et encore mal compris.
Cette étude se propose de modéliser l'impact aérodynamique des bandes ventriculaires sur la vibration glottique par une description théorique de l'écoulement translaryngé couplée à un modèle physique de phonation. L'interaction entre les cordes vocales et les bandes ventriculaires est caractérisée par une exploration conjointe sur l'humain (par électroglottographie et cinématographie ultra-rapide synchronisées) et sur des maquettes du larynx rigides et déformables (par visualisation d'écoulement, mesures PIV et mesures de pression).
Le comportement des bandes ventriculaires est observé dans différents contextes phonatoires (phonation usuelle, chant de gorge, grognement, effort vocal). Elles peuvent rester immobiles éloignées, se rapprocher, s'accoler, vibrer périodiquement ou non, en phase ou non avec les cordes vocales. Le phénomène de doublement de période mesuré en chant de gorge fait l'objet d'une étude approfondie. La variation périodique de la durée du cycle glottique est démontrée. L'incidence de la géométrie ventriculaire sur la résistance de l'écoulement translaryngé, la fréquence, l'amplitude et les pressions de seuils d'oscillation est mesurée in-vitro et comparée aux prédictions théoriques. La présence de la constriction ventriculaire en aval de la maquette des cordes vocales peut modifier son comportement vibratoire, altérant ou favorisant les auto-oscillations selon la configuration géométrique.