Histoire de la modélisation et de la simulation numérique : CAD, BIM, OAD…

L’histoire de la conception assistée par ordinateur a débuté en 1957. On attribue son origine au docteur Patrick Hanratty qui a conçu le premier système de commande numérique nommé PRONTO qui, plus tard, a donné naissance à la conception assistée par ordinateur. La conception assistée par ordinateur a révolutionné l’ingénierie, l’architecture et l’ensemble de l’environnement de fabrication, mais de quoi s’agit-il exactement ? Dans cet article, nous vous présentons l’histoire de la modélisation et de la simulation numérique. Vous verrez autour de quels acteurs le domaine s’est construit, et les outils qui ont été utilisés. Nous vous proposons également d’approfondir le sujet en présentant plusieurs secteurs d’activités qui ont fait de ces outils un véritable facteur clé de succès.

La genèse de la modélisation numérique

La conception assistée par ordinateur a une histoire aussi longue que celle des ordinateurs. D’ailleurs, lorsque D. Patrick Hanratty a conçu son langage PRONTO (Program for Numerical Tooling Operations), le domaine était déjà bien plus avancé que les micro-ordinateurs qui étaient censés le faire fonctionner. Le papier et le crayon étaient alors les meilleurs outils pour les concepteurs. Avec le temps et l’évolution technologique, des logiciels sont venus remplacer les outils archaïques utilisés.

Au fil des années, la conception assistée par ordinateur a évolué. En effet, à l’origine, seuls des dessins en 2D étaient réalisés. Aujourd’hui, il est possible de concevoir des structures complexes en 3D multicouches avec des simulations cinématiques et des métadonnées très détaillées.

Les faits marquants de l’histoire de la conception assistée par ordinateur

L’histoire de la CAO (ou CAD en anglais) a débuté en 1957 avec la conception du premier système de programmation à commande numérique. En 1960, c’est Ivan Sutherland qui décide d’utiliser une interface graphique pour aller plus loin. L’outil de Sutherland fonctionnait avec un stylo optique qui, au contact de l’écran, permettait de créer des objets. Sketchpad est né.

Les années 70 et 80

En 1971, ADAM voit le jour. Il s’agit d’un système interactif de conception, de dessin et de fabrication développé en Fortran par Patrick Hanratty. Ce qui faisait la force de l’outil, c’est qu’il était destiné à fonctionner sur presque tous les ordinateurs de l’époque, disponibles sur le marché. Il a connu un tel succès qu’il a été mis à niveau pour fonctionner sur des ordinateurs 16 et 32 bits : aujourd’hui, 80 % des programmes de conception assistée par ordinateur sont très inspirés d’ADAM.

Presque dix ans plus tard, le monde de la conception assistée par ordinateur est à nouveau bouleversé par l’arrivée d’IGES. Cet outil qui est révolutionnaire pour l’époque et qui a vu le jour en 1980 permet aux utilisateurs de transférer leurs dessins 3D entre différents logiciels de conception assistée par ordinateur. Depuis la publication du format STEP en 1994, IGES n’a pas été mis à jour, mais est toujours utilisé par de nombreux bureaux d’études.

En 1981, le leader Dassault Systèmes publie CATIA, un logiciel de CAO multiplateforme qui est toujours utilisé actuellement. L’année suivante, en 1982, AutoCAD, l’un des outils les plus populaires encore aujourd’hui a vu le jour. Il a été publié par Autodesk et il est toujours considéré comme le premier véritable logiciel de CAO en 2D développé pour les possesseurs de micro-ordinateurs. La fin des serveurs centralisés pour la gestion des outils de modélisation et de simulation numérique s’approchait.

Cette décennie est également marquée par l’arrivée en 1987 de Pro/ENGINEER qui est devenu aujourd’hui PTC Creo. Ce fut le premier logiciel de CAD conventionnel qui reprenait les idées de Sketchpad en étant interactif, rapide et facile à utiliser. Il a introduit la modélisation solide paramétrique basée sur les caractéristiques et l’utilisation de contraintes. Il a représenté une énorme avancée dans l’histoire de la conception assistée par ordinateur, car il a complètement éliminé toute concurrence : les autres systèmes avaient été écrits en Fortran alors que Pro/ENGINEER fonctionnait à la fois de manière optimisée sous UNIX et Windows.

Les années 90

1994 est une année importante pour Autodesk qui publie AutoCAD R13. Depuis ce jour, les logiciels Autodesk sont compatibles avec les modèles 3D. La même année, le format STEP vient remplacer IGES. Le format est utile lorsqu’on souhaite transférer des modèles 3D d’un outil vers un autre. STEP a été publié pour la première fois en 1994, et il est rapidement devenu la norme internationale pour la représentation de modèles.

Un an plus tard, Dassault Systèmes revient sur le devant de la scène avec SolidWorks 95, un autre logiciel qui a connu le succès grâce à sa facilité d’utilisation. Il a permis aux ingénieurs de tirer pleinement parti de la 3D.

La même année, Siemens propose Solid Edge. Le PLM (Product LifeCycle Management) est une abréviation utilisée pour décrire l'environnement informatique permettant de gérer les données relatives aux produits, depuis les exigences initiales du produit, en passant par la conception, le développement du processus de fabrication, la production et le service, jusqu'à la reprise et le recyclage. Solid Edge offre de nombreuses fonctionnalités pour Windows et qui fournit des modèles solides, des assemblages et prend en charge la visualisation orthogonale en 2D. Il est clairement une réponse au succès de SolidWorks.

La décennie se termine par la sortie d’Autodesk Inventor en 1999. L’outil représente la nouvelle orientation d’Autodesk, qui vise à rendre l’utilisation des outils plus facile et plus intuitive. Il permet de créer des assemblages complexes en un temps record. Il est toujours utilisé et a placé la barre très haut dans le monde de la CAD.

Depuis les années 2000

2012 a été une année importante dans le domaine de la conception assistée par ordinateur. En effet, après un passage des serveurs vers les ordinateurs de bureau, le leader Autodesk décide de passer un nouveau cap en déplaçant ses outils vers le cloud. Autodesk 360 a ouvert la voie vers un nouveau paradigme plus souple et plus performant pour répondre aux besoins de mobilités des acteurs du domaine.

Les outils se sont également spécialisés pour des secteurs particuliers comme celui de l’agriculture ou encore du bâtiment. Des outils hybrides ont par ailleurs vu le jour et ce sont toutes ces innovations que nous allons aborder.

La modélisation des données du bâtiment (BIM)

La modélisation des données du bâtiment (BIM) est une méthode permettant d’optimiser, de planifier, de réaliser et de gérer des constructions à l’aide d’un logiciel dédié. Grâce à ce logiciel, toutes les données pertinentes d’une construction peuvent être collectées, combinées et interconnectées numériquement, ce qui permet une organisation précise de chaque phase de travail. De plus, l’introduction de ce type d’outil a pour but de réduire non seulement le temps de construction et les coûts associés, mais aussi le nombre d’erreurs commises par les concepteurs.

Dans le cas des principes de la technologie BIM, ils ont été exprimés en 1975 par l’Américain Chuck Eastman. Et 11 ans plus tard, ils ont été utilisés par Robert Aish, qui est le créateur d’au moins deux programmes de conception informatique populaires et l’auteur de la conception de l’un des terminaux de l’aéroport d’Heathrow. C’est lui qui a été le premier à utiliser le terme de modélisation du bâtiment et à formuler ses principales idées.

Actuellement, les outils permettant la modélisation des données du bâtiment sont nombreux. On peut mentionner ArchiCAD 23 ou encore BIM 360 d’Autodesk.

OAD, le cas de l’agriculture

La simulation numérique est un élément clé dans certains domaines comme l’agriculture. En effet, pour gérer efficacement une exploitation et prendre les bonnes décisions au bon moment, il est indispensable de se faire aider. L’intelligence artificielle offre aujourd’hui des technologies qui permettent de faire la différence et d’éviter la perte de tout ou partie d’une exploitation agricole en cas de changement climatique ou d’épidémie. En effet, en raison du changement climatique drastique et abrupt, l’évolution technologique et l’innovation dans les pratiques culturales ne sont plus une option, mais une nécessité qui permet à l’agriculteur d’être compétitif, de s’améliorer, et de ne pas être passif face à l’adversité.

Jusqu’à présent, les choix ont été faits selon des pratiques établies et transmises d’exploitant en exploitant, mais se fier uniquement aux méthodes traditionnelles peut gravement compromettre les récoltes et à plus forte raison pour les producteurs les plus grands. Le but de l’OAD ou outil d'aide à la décision n’est pas d’imposer un choix, mais de fournir un soutien aux techniciens et aux agriculteurs dans l’analyse des décisions à prendre. On peut légitimement se demander pourquoi certains ont fait le choix d’utiliser ces outils. Les avantages sont multiples :

  • ils aident l’agriculteur ou le technicien à garder le contrôle sur toutes les variables nécessaires pour passer au crible les décisions ;
  • ils aident l’agriculteur ou le technicien en fournissant des prévisions numériques, même à très court terme ;
  • ils peuvent être gérés à distance ;
  • ils stockent toutes les informations en créant une base de données historique.

Concrètement, comment sont constitués ces outils ?

Ces outils peuvent être comparés à des fichiers qui collectent, organisent, interprètent et intègrent automatiquement des informations. Ils fournissent des données utiles qui suggèrent les actions agronomiques les plus appropriées à entreprendre, qu’elles soient stratégiques ou opérationnelles à long terme.

Un système d’aide à la décision est une architecture informatique capable d’assister l’agriculteur en lui offrant un véritable support. Un outil qui fournit à un décideur des indications nécessaires à la compréhension d’un problème offre également la possibilité d’explorer les données de différents points de vue et en fonction de ses propres besoins ainsi que la possibilité d’évaluer virtuellement des scénarios en réponse à des choix.

Quelles données traitent-ils ?

Les OAD conçues pour l’agriculture, en raison de leur spécificité sectorielle, intègrent différents modèles orientés vers les besoins complexes de l’agriculteur 4.0.

Les systèmes d’aide à la décision sont capables de collecter, d’organiser et de traiter de grandes quantités de données et de les transférer à l’utilisateur sous la forme d’informations simples et claires dans une interface graphique ergonomique. Les sources d’où proviennent les données sont diverses. On trouve par exemple des paramètres météorologiques obtenus à partir des prévisions météorologiques, des stations agrométéorologiques et des capteurs placés sur le terrain, mais aussi des paramètres en lien avec la phénologie, l’état de l’irrigation et les maladies liées aux cultures.

Toutes ces données sont traitées par des bases de données et des algorithmes d’analyse sophistiqués qui permettent de passer des données brutes aux données traitées et aux conseils agronomiques.

Les OAD suivent les activités fondamentales des experts présents sur le terrain commel’observation et le suivi des cultures, l’analyse des données, l’aide à la décision sur les opérations à réaliser, l’exécution correcte des interventions agronomiques. Les outils les plus utilisés sont Avizio, Irré-LIS et Mileos.

Quel futur pour la conception assistée par ordinateur ?

Le monde des logiciels de conception assistée par ordinateur est confronté à une expansion rapide en raison de l’évolution technologique et de l’arrivée de nouveaux modèles d’entreprise qui créent des changements profonds dans l’industrie. En outre, les organisations s’efforcent de suivre l’évolution des besoins du marché des logiciels de conception assistée par ordinateur et de fournir une expérience utilisateur transparente. Seuls prospéreront les dirigeants et les organisations capables de suivre le rythme et d’assurer la continuité des activités. Qu’il s’agisse de start-up ou de grandes entreprises, il est indispensable d’identifier les défis futurs dans tous les secteurs. Et pour suivre l’évolution des conditions du marché des logiciels de conception assistée par ordinateur, vous devez disposer de données industrielles de pointe.