DESCRIPTION DU TRAVAIL DE THESE DANS LE CADRE DU PROJET PAN - ED SPIM
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DESCRIPTION DU TRAVAIL DE THESE
DANS LE CADRE DU PROJET PAN
TITRE EN FRANÇAIS
Aide à la décision à base d’intelligence artificielle généraliste pour la conception et la modélisation de
structures réalisées par impression 4D.
ENGLISH TITLE
Generalist artificial intelligence based decision making support for design and modelling of structures made
by 4D printing
________________
MOTS CLES
Ontologie; Sémantique; Apprentissage automatique ; Conception; Matériaux intelligents; Fabrication
additive; Impression 4D; CAO avancée; Représentation à base de voxels ; Modélisation dynamique ; IA
symbolique; IA connexionniste; Outils d’aide à la décision.
KEYWORDS
Ontology; Semantics; Machine learning; Product design; Smart materials; Additive manufacturing; 4D
printing; Advanced CAD; Voxel-based design and modelling; Dynamic modelling; Symbolic AI; Connectionist
AI; Decision support tools.
________________
PRESENTATION DU LABORATOIRE DE RECHERCHE
Le laboratoire ICB (Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne) est une unité de recherche de
l’Université de Technologie de Belfort-Montbéliard (UTBM) et de l’Université Bourgogne Franche-Comté
(UBFC). Au sein de ce laboratoire, le département Conception, Optimisation et Modélisation en Mécanique
(COMM) travaille sur les problématiques scientifiques suivantes :
• Conception proactive de systèmes mécaniques en utilisant la théorie des méréotopologie
spatiotemporelles, afin de d’assurer une meilleure intégration des métiers et de la flexibilité au sein
du processus de développement des produits.
• Fabrication additive et ses procédés et techniques hybrides sous-jacents, et le développement de
matériaux intelligents (i.e. répondant à des stimuli multi-physiques).
En conséquence, cette proposition de thèse s’inscrit dans une thématique transversale qui consiste à
développer des modèles, méthodes et outil pour la conception, modélisation et optimisation de systèmes
transformables obtenus par impression 4D et qui est inscrit dans un projet Région Bourgogne Franche-Comté
financé en 2019 : PAN (concePtion proActive et représentation géométrique de structures transformables et
actives réalisées par impressioN 4D) (voir Fig.1).
DESCRIPTION DU SUJET DE THESE
Le contexte ultra-compétitif actuel, dans les secteurs de l'industrie manufacturière et automobile, soulève
des problématiques d'exploitation efficace et de préservation pérenne du patrimoine intellectuel des services
et des acteurs métier impliqués dans les entreprises concernées. Les phases identifiées comme stratégiques
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et critiques pour garantir un produit bien équilibré (c'est-à-dire un produit prenant en compte, de manière
uniforme, l'ensemble des contraintes de son cycle de vie pour un coût et un cycle optimum) sont en particulier
les phases de : conception (i.e. études), simulation et définition de gammes métier (i.e. industrialisation).
THEORY
Stage 2 Stage 1
ONTOLOGY
4D PRINTING
MODEL
DYNAMIC COMPUTATIONAL
CAD MODELS MECHANISMS
Fig.1 Articulation du projet Région BFC 2019 PAN avec le projet ISITE BFC 2018 HERMES
La phase de conception nécessite de pouvoir prendre en considération l'ensemble des contraintes et
connaissances des phases du cycle de vie des produits. Nos travaux de recherche dans ce domaine ont permis
de développer un ensemble de connaissances, méthodes et d’outils permettant d’augmenter de manière
hautement significative la productivité des activités d’ingénierie routinière. Cependant, la prise en compte
d'un nombre important de connaissances et donc de règles métier augmente la complexité de l'activité des
architectes/concepteurs. Une voie émergente permet de considérer ce problème d'une autre manière. Dans
un contexte global d'ingénierie concourante, et non plus séquentielle, nous parlerons plus spécifiquement
d'« ingénierie proactive » pour aborder la nécessité d'introduire des contextes métier durant la phase de
conception des produits. Définir les gammes métier associées à la fabrication additive en tenant compte des
connaissances métier associées, dès la phase amont du processus de conception, permet d'apporter un
« contexte augmenté » aux architectes/concepteurs. Des travaux de recherche antérieurs au sein du
laboratoire ICB – COMM ont permis de démontrer qu'il était possible de générer et de définir une séquence
d'assemblage admissible avant la définition de toute géométrie du produit pour des systèmes mécaniques,
dans les domaines de l'industrie des biens d'équipement, de l'automobile et de l'aéronautique.
Le challenge R&D d'aujourd'hui ne se focalise pas uniquement sur la définition du procédé de fabrication
additive mais demande maintenant d'intégrer également les contraintes associées à l’adéquation des
matériaux vis-à-vis de la géométrie envisagée et les contraintes mécaniques sous différents angles, et ceci de
manière harmonieuse et cohérente. L’évolution des types de produits au cours des différentes décennies
illustre parfaitement la dynamique technologique, nécessitant l’évolution des méthodes et outils de
conception et de fabrication.
La problématique de conception pour la fabrication additive à base de matériaux programmables demande
d’adresser des efforts sur l’élaboration de nouvelles méthodes de conception pour la fabrication additive dans
un premier temps en mettant l’accent sur la particularité d’utiliser de l’intelligence artificielle pour concevoir
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de manière proactive le couple produit-process. A ceci s’ajoute le potentiel généré par l’intégration de
matériaux « intelligents » (smart materials) en conception afin de rendre les produits suffisamment flexibles
pour s’adapter à leur contexte d’usage. Ceci génère de nouveaux besoins afin d’aider les ingénieurs-
concepteurs-gammistes à appréhender cette nouvelle manière de concevoir des produits destinés à être
obtenus via ces nouvelles technologies de fabrication révolutionnaire, préfigurant en partie, le
fonctionnement de nos usines du futur.
Il apparaît donc important et nécessaire d’aider les architectes produits et concepteurs à structurer et générer
des modèles géométriques représentant des systèmes mécaniques intelligents pouvant évoluer dans le
temps et optimisés pour la fabrication additive. Notre vision consiste à apporter de l’aide à la décision en
conception et modélisation du produit en s’appuyant sur les travaux de recherche prometteurs développés
actuellement au sein du projet HERMES (Appel à Projets ISITE BFC 2018) portant sur le développement d’une
ontologie fondée sur la méréotopologie spatio-temporelle et de raisonnements qualitatifs (voir Fig.1). Il
s’agira notamment de pouvoir combiner/réconcilier les efforts scientifiques dédiés à l’intelligence artificielle
symbolique (ontologies, raisonnements logiques et sémantiques) avec les approches de « machine learning »
appartenant au domaine de l’intelligence artificielle connexionniste, et d’impacter les modèles géométriques
à base de voxels pour représenter les matériaux, les propriétés multi-physiques ainsi que leur dynamique de
transformation.
DATES
Date de début prévisionnel du projet : 01/09/2019
Date de fin prévisionnelle du projet : 01/09/2022
REFERENCES ASSOCIEES
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SUPERVISORS
Dr. Frédéric DEMOLY (Directeur de thèse)
Head of Product design and development branch
Deputy Director of S-mart Franche-Comté academic society
ICB UMR 6303, CNRS
Mechanical Engineering and Design Department
Univ. Bourgogne Franche-Comté, UTBM
Tél.: +33 (0) 3 84 58 39 55
F-90010 BELFORT Cedex, France
frederic.demoly@utbm.fr
Prof. Samuel GOMES (Co-directeur de thèse)
Head of ICB-COMM department
Head of Mechanical Engineering and Design department
ICB UMR 6303, CNRS
Univ. Bourgogne Franche-Comté, UTBM
samuel.gomes@utbm.fr
Prof. Sebti FOUFOU (Encadrant)
Université de Bourgogne
sfoufou@nyu.edu
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