Ces travaux proposent une méthode d’assistance à la sélection des techniques d’assemblage et à l’allocation de tolérances sur les écarts géométriques des composants dans le cadre de l’assemblage de structures aéronautiques composites. Cette méthode consiste à formuler et à résoudre un problème d’optimisation multiobjectif afin de minimiser un indicateur de cout et un indicateur de non-conformité des structures assemblées. L’indicateur de coût proposé prend en compte le coût associé à l’allocation des tolérances géométriques ainsi que le coût associé aux opérations d’assemblage. Les indicateurs de non-conformités proposés sont évalués à partir des probabilités de non-respect des exigences géométriques sur les structures assemblées. Ces probabilités sont évaluées en propageant les tolérances géométriques allouées et les dispersions des techniques sélectionnées au travers d’une fonction appelée Relation de Comportement de l’assemblage (RdCa). Dans le cas de l’assemblage de structures aéronautiques composites, des exigences peuvent porter sur les jeux aux interfaces entre composants. Dans ce cas, la RdCa est évaluée par la résolution d’un problème mécanique quasi-statique non-linéaire par la méthode des éléments finis. Un méta-modèle de la RdCa est construit afin de la rendre compatible avec les méthodes probabilistes utilisées pour évaluer la non-conformité. Finalement, la définition d’un modèle structuro-fonctionnel du produit et d’une bibliothèque de techniques d’assemblage permet de construire un avant-projet de gamme d’assemblage paramétrique. Ce paramétrage permet de formuler le problème d’optimisation multiobjectif résolu à l’aide d’un algorithme génétique. / The purpose of this PhD is to develop a method to assist assembly technique selection and component geometrical tolerance allocation in the context of composite aeronautical structure assembly. The proposed method consists in formulating and solving a multiobjective optimisation problem aiming at minimising a cost indicator and a non-conformity indicator. The cost indicator account for both the cost involved by the geometrical tolerance allocation and the cost associated with the assembly operations. The proposed non-conformity indicators are evaluated according to the probabilities of non-satisfied requirements on the assembled structures. These probabilities are computed thanks to Geometrical Variation Propagation Relation (GVPR) that expresses the characteristics of the product as a function of the geometrical deviation of the components and the dispersion occurring during the assembly. In the case of composite aeronautical structures, the product characteristics can be gaps at interfaces between components. In this case, the GVPR is evaluated by solving a non-linear quasi-static mechanical problem by the mean of the finite element method. A metamodel of the GVPR is built in order to reduce the computing time and to make it compatible with the probabilistic methods used to evaluate the non-conformity. Finally, the use of a structure-functional model of the product together with an assembly technique library allows defining a parametric assembly process plan. The multiobjective optimisation problem built thanks to set of parameters defining the assembly process plan is solved using a genetic algorithm.

Comme son nom l'indique, le tolérancement flexible a pour objectif de tenir compte de la souplesse des pièces dans un processus de tolérancement. Il permet d'évaluer les défauts géométriques admissibles par des critères aussi bien géométriques que mécaniques. Ces travaux abordent en premier lieu l'élaboration de modèles adéquats permettant de prédire le comportement mécanique d'un assemblage de grandes pièces relativement souples lorsqu'elles sont sujettes à des défauts géométriques issues du procédé de fabrication. Une méthode a alors été proposée pour y implémenter des variations géométriques aléatoires réalistes vis-à-vis de ces hypothétiques défauts géométriques. Pour simuler les opérations d'assemblage, le phénomène de contact unilatéral et les variations de rigidité dues aux variabilités géométriques ont été prises en compte. En fonction de ces hypothèses, les stratégies d'analyse de tolérance avec Monte Carlo ou la méthode des coefficients d'influence ont été comparées afin de choisir celle minimisant les coûts de calcul tout en conservant la justesse des résultats. Finalement, ces travaux s'achèvent sur une étude de cas industriel : un treillis supportant des équipements sous le plancher du fuselage d'un Airbus A350. / As indicated by its name, the purpose of flexible tolerancing is to take into account the flexibility of the parts in a tolerancing process. It allows to evaluate the permissibles geometrical defects by both geometrical and mechanical criteria. These works deal first with the elaboration of a model able to predict the mechanical behaviour of an assembly of larges and flexibles parts which are suject to geometrical defects induced by their manufacturing process. A method has thus been suggested in order to implement geometrical variations which are realistic according to these hypothetical geometrical defects. To simulate the assembling process, the unilateral contact phenomenon and the stiffness variations induced by the geometrical variability have been taken into account. Depending on these assumptions, some strategies of tolerance analysis with Monte Carlo or the method of influence coefficients have been compared in order to choose the one minimizing the computational costs while maintaining the accuracy of the results. Finally, these works are completed with an industrial study case: a truss supporting equipments and hanging under the fuselage floor of an Airbus A350.

Ce travail de recherche traite un problème qui joue un rôle très important pour le succès desprogrammes de fabrication : le tolérancement tridimensionnel, essentiel pour définir la géométried'une pièce mécanique assurant sa meilleure fonctionnalité dans un assemblage avec uneprécision optimale.Une méthode des chaînes de cotes angulaires tridimensionnelles a été développée. Cette méthodepermet d’une part l’optimisation du calcul des dispersions angulaires tridimensionnelles etd’autre part de valider la gamme de fabrication par la vérification du respect des tolérancesimposées par le bureau d’études en tenant compte des précisions des procédés utilisés.Cette étude est basée sur l’analyse de deux fonctions paramétrées qui sont étudiées pourdéterminer le défaut fabriqué : le défaut angulaire et la longueur projetée. Le défaut angulairereprésente le cumul des défauts angulaires générés par le processus de fabrication de la pièce. Lesdéfauts angulaires sont déterminés en fonction de la précision des machines outils. La longueurprojetée de la surface tolérancée est une caractéristique qui dépend uniquement de la forme de lasurface.Ensuite, à partir de ces deux fonctions paramétrées, le défaut fabriqué est déterminé puiscomparé avec la condition fonctionnelle afin de vérifier si la gamme choisie permet en fin duprocessus de fabrication de donner une pièce conforme. / To verify the capacity of a manufacturing process to make the corresponding parts it is necessaryto simulate the defects that it generates and to analyze the correspondence of produced parts withthe functional tolerances. In order to check the capability of a manufacturing process to carry outsuitable parts, it is necessary to analyze each functional tolerance.The main objective of our work is to define a methodology of tolerancing analysis. Thedeveloped method allows to determine the manufacturing tolerances in the case of angular chainsof dimensions and to check its correspondence with the functional tolerances.The objective of this work is to analyze two parameterized functions: the angular defect and theprojected length of the toleranced surface. The angular defect represents the angular defectgenerated by the manufacturing process. It is determined according to the machine toolsprecision. We consider only the geometrical defects, making the assumption that the form defectsare negligible. The projected length of toleranced surface is a characteristic which depends onlyon the form of surface.The manufactured defect is determined from these two parameterized functions. Then it will becompared with the functional condition in order to check if the selected machining range allows,at end of the manufacturing process, to give a suitable part.

Ma thèse s'intègre dans un contexte de développement d'une cotation fonctionnelle dans un environnement de CAO 3D chez Snecma, acteur majeur dans le monde de la propulsion aéronautique et spatiale. Les objectifs de ces travaux de recherches sont variés et suivent une logique de maîtrise de la géométrie sur tout le cycle de conception / contrôle / fabrication, notamment par le déploiement de la cotation ISO.Dans un premier temps une définition fonctionnelle ISO est proposée pour des pièces de formes complexes qui composent une turbo-machine, tout en considérant les problèmes liés au contrôle en métrologie automatique et sans contact. Cette définition nécessite quelques mises à jour des normes actuelles. Une autre difficulté fut de répondre aux demandes industrielles dans leur globalité en considérant les différents types de pièces des moteurs.Une seconde partie importante du travail consiste à développer des outils de contrôle et d'analyse de surfaces 3D complexes en vue d'une meilleure connaissance de leur géométrie en séparant les défauts locaux et globaux, qui n’ont pas le même impact fonctionnel.Une troisième partie consiste à développer une stratégie de transfert de fabrication 3D sur des pièces complexes usinées sur des montages 6 points en considérant les problèmes d’orientation des surfaces.L’ensemble des travaux permet de garantir le respect, sur des pièces de formes complexes, des exigences fonctionnelles de la définition jusqu’à la pièce usinée grâce au déploiement des normes ISO de cotation.Ces travaux ont abouti à une publication au CIRP CAT 2014 en Chine, le développement en interne Snecma d’un outil de quantification des défauts globaux/locaux, une volonté forte de développer un outil générique de transfert 3D basé sur le travail réalisé, deux distinctions créativité Snecma dont une classé seconde sur toutes les créativités 2013 et un changement de grande ampleur dans la méthode de contrôle des spécifications de forme de profils d’aube. / My PhD thesis is integrated into a context of functional dimensioning development in a 3D CAD environment at Snecma, a major player in the aerospace propulsion world. The objectives of this research work are varied but follow one goal: mastery quality geometry throughout the design, control and manufacturing cycle, by the deployment of the ISO standards of tolerancing.At first a functional definition ISO is proposed for parts with complex shapes that make up a turbo-machine while considering issues related to metrology and automatic control without contact. This definition requires some updates of existing standards. Another problem was to meet industrial demands in their entirety by considering the various types of engine parts.A second important part of the work is to develop control and analyze tools for complex 3D shapes for a better understanding of their geometry by separating local and global faults, which do not have the same functional impact.A third part develops a 3D manufacturing transfer strategy on complex workpieces on mounting “6 points” by considering the surface orientation problems.All work ensures compliance of functional requirements, on parts with complex shapes, from definition to the workpiece through the deployment of ISO standards of tolerancing.This work led to a publication in CIRP CAT 2014 China, a Snecma internal development of a quantification tool of global / local defects, a strong wich to develop a 3D transfer generic tool based on the work done, two awards Snecma creativity with one ranked second in 2013 on all the awards and a major change in the control method of form profiles specifications.

Les moyens de production sont de plus en plus précis, mais la réalisation de pièces sans défauts n'est pas encore possible. Le concepteur doit donc quantifier les défauts acceptables qui n'entravent pas le bon fonctionnement du mécanisme. Cette opération de tolérancement est un compromis entre coûts de fabrication et qualité finale du produit.<br />Avec une approche de tolérancement au pire des cas, 100% des produits doivent être conformes. On suppose alors qu'il est possible que toutes les pièces présentent simultanément des défauts en limite de tolérances. Les tolérances sur chaque pièces sont alors très faibles et quasiment impossibles à respecter pour des conditions fonctionnelles courantes, malgré la précision actuelle des machines.<br />Or la probabilité que toutes les pièces se trouvent simultanément dans une configuration défavorable est faible. Il est donc intéressant d'avoir une approche statistique: augmenter les tolérances tout en maîtrisant le risque de non qualité.<br />Plusieurs approches ont été développées en unidirectionnel et présentent des résultats satisfaisants.<br />Concernant le tolérancement statistique tridimensionnel, quelques tentatives ont été menées, mais les résultats ne sont pas convaincants (hypothèses trop restrictives).<br />Nous proposons dans ce document une nouvelle approche du tolérancement statistique tridimensionnel. Celle-ci est basée sur la méthode des domaines jeux et écarts développée au laboratoire pour l'analyse et la synthèse de tolérances au pire des cas. Pour l'analyse statistique de tolérances, la méthode présentée s'appuie sur des simulations de Monte Carlo couplées à des méthodes analytiques. Pour chaque configuration, nous considérons les écarts comme des torseurs écarts aléatoires et les jeux comme des domaines jeux aléatoires. Ils sont respectivement représentés par des vecteurs aléatoires et des 6-polytopes aléatoires. A l'issue des simulations, il est possible d'estimer le risque de non-qualité, ainsi que les jeux résiduels au sein des mécanismes.<br />Cette méthode permet de traiter des mécanismes complexes avec la prise en compte des jeux.

Comme son nom l'indique, le tolérancement flexible a pour objectif de tenir compte de la souplesse des pièces dans un processus de tolérancement. Il permet d'évaluer les défauts géométriques admissibles par des critères aussi bien géométriques que mécaniques. Ces travaux abordent en premier lieu l'élaboration de modèles adéquats permettant de prédire le comportement mécanique d'un assemblage de grandes pièces relativement souples lorsqu'elles sont sujettes à des défauts géométriques issues du procédé de fabrication. Une méthode a alors été proposée pour y implémenter des variations géométriques aléatoires réalistes vis-à-vis de ces hypothétiques défauts géométriques. Pour simuler les opérations d'assemblage, le phénomène de contact unilatéral et les variations de rigidité dues aux variabilités géométriques ont été prises en compte. En fonction de ces hypothèses, les stratégies d'analyse de tolérance avec Monte Carlo ou la méthode des coefficients d'influence ont été comparées afin de choisir celle minimisant les coûts de calcul tout en conservant la justesse des résultats. Finalement, ces travaux s'achèvent sur une étude de cas industriel : un treillis supportant des équipements sous le plancher du fuselage d'un Airbus A350.

Ces travaux proposent une méthode d'assistance à la sélection des techniques d'assemblage et à l'allocation de tolérances sur les écarts géométriques des composants dans le cadre de l'assemblage de structures aéronautiques composites. Cette méthode consiste à formuler et à résoudre un problème d'optimisation multiobjectif afin de minimiser un indicateur de cout et un indicateur de non-conformité des structures assemblées. L'indicateur de coût proposé prend en compte le coût associé à l'allocation des tolérances géométriques ainsi que le coût associé aux opérations d'assemblage. Les indicateurs de non-conformités proposés sont évalués à partir des probabilités de non-respect des exigences géométriques sur les structures assemblées. Ces probabilités sont évaluées en propageant les tolérances géométriques allouées et les dispersions des techniques sélectionnées au travers d'une fonction appelée Relation de Comportement de l'assemblage (RdCa). Dans le cas de l'assemblage de structures aéronautiques composites, des exigences peuvent porter sur les jeux aux interfaces entre composants. Dans ce cas, la RdCa est évaluée par la résolution d'un problème mécanique quasi-statique non-linéaire par la méthode des éléments finis. Un méta-modèle de la RdCa est construit afin de la rendre compatible avec les méthodes probabilistes utilisées pour évaluer la non-conformité. Finalement, la définition d'un modèle structuro-fonctionnel du produit et d'une bibliothèque de techniques d'assemblage permet de construire un avant-projet de gamme d'assemblage paramétrique. Ce paramétrage permet de formuler le problème d'optimisation multiobjectif résolu à l'aide d'un algorithme génétique.

Th. doct.--Sci. de l'ingénieur--Nice-Sophia Antipolis, 1995. / Bibliogr. p. 7-8 et p. 173-177. Résumé en français et en anglais. 1996 d'après la déclaration de dépÔt légal.

La mise en registre et l'intégration des vues est une phase essentielle et inévitable dans un processus de modélisation 3D. L'étape la plus difficile de ce problème est d'estimer les poses relatives entre les vues sans utiliser l'information initiale sur la position du capteur ni d'intervention de l'utilisateur avant l'étape d'acquisition. Nous proposons une méthode de mise en registre globale automatique pour les données en format de nuages de points. Le principal problème abordé dans cette thèse est de résoudre le problème d'intégration et de mise en registre de vues dans la modélisation 3D pour les données en format de nuages de points. L'approche globale proposée est basée sur le framework de champ vectoriel et effectue automatiquement une mise en registre de grossière à plus précise sans formuler d'hypothèse sur la position initiale entre les vues ou de pré-traitement manuel de positionnement initial. En particulier, nous exploitons une représentation de champ vectoriel augmentée afin d'implémenter la segmentation et l'extraction de caractéristiques sur la surface d'un objet afin de détecter des correspondances. En outre, le processus de rafinement de pose dans le champ vectoriel réduit la complexité de la recherche de correspondances du point le plus proche puisque l'information est implicitement codée dans la représentation de champ vectoriel. De plus, en exploitant la représentation de champ vectoriel, nous offrons une nouvelle méthode de mise en registre qui supporte toutes les étapes de la modélisation 3D sans nécessiter de transformation de la représentation des données. Une solution alternative à l'aide d'une variation de RANSAC-DARCES basée sur le champ vectoriel permet au procédé proposé de traiter des objets de différents types de géométrie. Enfin, l'approche proposée est validée sur plusieurs ensembles de données tels que les modèles standards, ainsi que de vrais modèles numérisés par des scanners portatifs tenus en main. La performance de la méthode proposée est évaluée par inspection visuelle et quantitativement par la mesure de l'erreur de correspondance. / View integration and registration is an essential and unavoidable phase in a 3D modeling process. The most challenging step of this problem is to estimate relative poses between views without using any initial information of the scanning position or using intervention prior to the acquisition step. We propose an automatic global registration method for point cloud data. The main problem addressed in this thesis is to solve the view integration and registration problem in 3D modeling for point cloud data. The proposed global approach is based on the Vector Field framework and automatically performs coarse to fine registration without requiring any assumption on the initial position between views or manual pre-processing for initial positioning. In particular, we exploit an augmented Vector Field representation to implement segmentation and extraction of features on the surface of an object in order to detect correspondences. In addition, the pose refinement process in the Vector Field reduces the complexity of the search for closest point correspondence since the information is implicitly encoded in the Vector Field representation. Also by exploiting the Vector Field representation, we provide a new method of registration that supports all steps of 3D modeling without requiring transformation of the data representation. An alternative solution using a variation of RANSAC-DARCES based in the Vector Field enables the proposed method to deal with objects of various types of geometry. Finally, the proposed approach is validated on multiple data sets such as standard models as well as real models scanned by hand-held scanners. The performance of the proposed method is evaluated by visual inspection as well as quantitatively by measuring the correspondence error.

En raison de la nature dynamique et volumétrique de l'écosystème marin pélagique, sa modélisation spatiale constitue un défi important. La représentation conventionnelle des phénomènes de ce milieu s’effectue par des coupes statiques verticales ou horizontales dans un environnement bidimensionnel (2D). Cependant, comme le démontre ce mémoire, l'étude de l'écosystème marin peut être grandement améliorée grâce à la modélisation spatiale tridimensionnelle (3D). L’apport principal de cette étude est d’avoir démontré le potentiel et la pertinence de la modélisation spatiale 3D pour l’environnement pélagique marin. Cette étude confirme que les outils émergents de visualisation scientifique dans le domaine de la modélisation géologique peuvent servir à améliorer l’étude de cet écosystème. Elle permet également de combler une lacune importante identifiée dans la littérature scientifique en examinant la performance des méthodes d’interpolation spatiale 3D. L’interpolation spatiale est une étape essentielle de la modélisation spatiale 3D des phénomènes continus (p.ex. salinité, température, etc.), mais aucune étude n’avait encore évalué son efficacité pour l’environnement pélagique marin. Il s’agit donc d’un pas important vers le développement d’un système d’information géographique (SIG) marin 3D complet. Les avantages de migrer vers une modélisation spatiale 3D sont discutés dans le contexte de la campagne océanographique ArcticNet-Malina, réalisée dans la mer de Beaufort (Arctique canadien) en 2009. Des représentations spatiales 3D basées sur une stratégie d’interpolation 3D robuste et optimale de cinq variables pélagiques marines (température, concentration en chlorophylle a, coefficient d’atténuation particulaire, distribution des eaux de l'halocline supérieure et flux vertical de carbone organique particulaire) sont présentées et leurs valeurs écologiques sont discutées. / Spatial modeling of the marine pelagic ecosystem is challenging due to its dynamic and volumetric nature. Consequently, conventional oceanographic spatial analysis of this environment is in a 2D environment, limited to static cutting planes in horizontal and vertical sections to present various phenomena. However, the study of the marine pelagic ecosystem can benefit from 3D spatial modeling. The main contribution of this study is to show that recent advances in 3D spatial modeling tools developed primarily for geological modeling can be exploited to extend the usual interpretation of marine pelagic phenomena from a 2D to a 3D environment. This study also fills a major gap identified in the literature by examining the performance of 3D spatial interpolation methods. Such interpolation is an essential step in 3D spatial modeling of continuous phenomena (eg, salinity, temperature, etc.), but no study has yet evaluated its performance for the marine pelagic environment. Accordingly, this study constitutes an important step towards the development of a complete 3D marine GIS. The benefits of migrating to a 3D spatial modeling of the marine environment are discussed in the context of the oceanographic campaign ArcticNet-Malina, conducted in the Beaufort Sea (Canadian Arctic) in 2009. 3D spatial representations based on a robust and optimal 3D interpolation strategy for five pelagic variables (temperature, chlorophyll a, particulate attenuation coefficient, distribution of upper halocline water mass and vertical flux of particulate organic carbon) of the ArcticNet-Malina campaign are presented and their ecological values are discussed.