Hydraulique, pneumatique, électronique, thermique, fluidique, mécanique ... Dans cet article, je vais tenter de vous expliquer le concept (et l'intérêt 😁) de la simulation systèmes (0D/1D). Prêts ? C'est parti !
Qu'est-ce qu'un système ?
Pour bien comprendre le principe de la simulation systèmes, posons-nous tout d'abord la question : qu'est ce qu'un "système" ?
Un système est un groupe de composants interagissant ensemble. Il rend service. Les systèmes ont un comportement, qui implique des entrées, des transformations et des sorties, sorties de matière, d'énergie ou encore sorties d'information. Les différentes parties d'un système ont des relations fonctionnelles et structurelles.
Voici un exemple d'un système que vous devez tous bien connaitre : la machine à laver !
La machine à laver fait en effet interagir plusieurs domaines ensemble : la partie contrôle, la partie mécanique, la partie thermique, la partie hydraulique/pneumatique et la partie électrique.
Dans ce système simple, chaque domaine est régi par des équations physiques qui lui sont propres :
La mécatronique (multi-physique) est au coeur des différents domaines des systèmes comme le présente le schéma ci-dessous.
Vous avez donc un (ou plusieurs) système mécatronique chez vous : votre machine à laver !
Qu'est-ce que la simulation Système ?
La simulation système (ou simulation 0D/1D) a vocation à simuler le comportement des systèmes mécatroniques dans l'optique de les concevoir globalement et d'optimiser leur fonctionnement.
Elle est donc par nature multi-physique et intègre potentiellement les phénomènes hydrauliques, pneumatiques, électriques, mécaniques, thermiques, et bien d'autres encore. Elle permet d'analyser les régimes transitoires et permanents des systèmes, et peut potentiellement être couplée à des matériels (Hardware) pour des applications temps-réel (Hardware-in-the-Loop - HIL, couplage avec Matlab), à des simulations cinématiques (Simcenter Motion par exemple), à des applications de simulation CFD 3D (Simcenter STAR-CCM+), à Microsoft Excel, à des codes internes, à des automates etc ...
Dans la pratique, les logiciels de simulation 1D utilisent généralement des bibliothèques multiphysiques comprenant une multitude de composants disponibles, tous domaines confondus. Ces "blocs" analytiques sont reliés entre eux pour assurer une représentation fidèle du système modélisé.
Avec un outil de simulation Systèmes comme Simcenter AMESIM, ça donne à peu près ça :
Les simulations 1D sont généralement peu gourmandes en ressources informatiques (ce qui en fait donc de bonnes candidates pour être intégrées parfois dans des processus en temps réel). En effet, les composants sont décrits de manière analytique, avec des ports d'entrée et des ports de sortie, et le nombre de "degrés de liberté" du système mathématique résultant reste souvent très limité par rapport aux simulations 3D (éléments finis, ...). La causalité est créée en connectant les sorties d'un composant aux entrées d'un autre (et vice-versa).
Quelques réponses sur ce que la simulation système EST et ce qu'elle n'EST PAS par notre partenaire Siemens Digital Industries Software :
Pourquoi utiliser la simulation Systèmes ?
Même si je suis encore apprentie ingénieure chez SmartMeca Solutions, j'ai déjà entendu de nombreuses fois la phrase suivante : "Si les gens connaissaient plus l'existence même de la simulation Systèmes, beaucoup d'entre eux feraient moins de simulation 3D !".
Et effectivement nous l'avons vu, la simulation Systèmes est souvent disons plus ... efficace. Elle nécessite moins de temps ingénieur et machine, et surtout elle permet de modéliser le comportement de systèmes complets qu'il serait impensable de réaliser avec des approches 3D comme la méthode des éléments finis, ou des volumes finis, etc ...
Autre vertu évidente : elle permet de simuler des systèmes quand la CAO 3D de chacun de ses composants n'existe pas encore ! Par exemple pendant les phases préliminaires de conception, où l'on définit les grands principes et on raisonne de manière énergétique (flux, transferts, pertes, ...). C'est non seulement dans l'ère du temps mais également tellement indispensable pour l'éco-conception !
Je ne résiste d'ailleurs pas à vous partager ici une vidéo (en français, par Siemens DI SW France) d'un exemple d'utilisation de la simulation Systèmes dans le domaine de la gestion du mix énergétique : comparaison des différentes architectures sur le plan de leurs performances (empreinte carbone, ...) : éolien, solaire, pile à combustible, batteries, houlomotrice, électrique traditionnel, ...
Conclusion
Au final, le gros avantage de la simulation 1D, est de vous permettre d'analyser, tôt dans le processus de conception, les performances de vos systèmes complexes et donc d'envisager leur optimisation.
La simulation Systèmes vous oblige à penser vos conceptions en termes d'énergie (consommée, perdue, transférée, ...), et accompagne votre démarche globale d'implantation (systèmes complets, sous-systèmes, ...).
Elle est de fait très complémentaire à la simulation 3D (bien plus connue) à laquelle elle peut facilement se coupler (tant en mécanique des structures qu'en mécanique des fluides), mais peut également s'intégrer dans des boucles HIL temps réel, ou piloter des systèmes réels.
Vannes, actuateurs, échangeurs, batteries, le nombre d'applications possibles est si vaste qu'il m'est impossible de vous partager ici tant de vidéos et d'articles qui existent déjà sur le sujet. Je termine donc par une vidéo globale autour d'un sujet qui nous concerne tous : l'INNOVATION avec la simulation Systèmes !
Pour d'autres exemples je vous renvoie bien sûr vers notre page dédiée à l'outil Simcenter AMESIM de Siemens Digital Industries Software sur la marketplace smartmeca.com, pour les brochures officielles, et nous y laisser votre e-mail pour recevoir d'autres infos 💡
A bientôt !
