Le projet "Lego et Solid Edge"

Présentation - Solid Edge - modélisation
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Présentation du projet

Ce projet est le premier projet d’étude en groupe (4 personnes) réalisé à l’IUT, en première année (année scolaire 1999-2000). Il s’agit d’un projet technique axé sur la CAO/DAO (Conception et Dessin Assistés par Ordinateur) 3D par le logiciel Solid Edge.
L’objectif était donc de modéliser des pièces du très célèbre jeu de construction Lego sous forme de dessins en trois dimensions, pour ensuite assembler ces pièces afin de construire un modèle, comme le ferait un enfant jouant aux Lego, mais ceci informatiquement, toujours grâce à Solid Edge.

L’intérêt principal de ce projet était d’apprendre à utiliser un logiciel de CAO/DAO 3D. En effet ce type de logiciel est de plus en plus utilisé dans l’industrie, notamment au stade de la conception, mais aussi pour la programmation des machines-outils numériques grâce aux modules CFAO (Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur).

Cet apprentissage s’est fait par auto-formation, en utilisant les rubriques d’aide associées au logiciel. Même si cette méthode est plus longue et laborieuse qu’une réelle formation au logiciel (par un enseignant par exemple), elle a l’intérêt de permettre de mieux comprendre le fonctionnement du logiciel et de cerner ses capacités et ses limites.

 

Le logiciel Solid Edge

Il s’agit donc d’un logiciel de CAO/DAO 3D, qui est édité par Unigraphics Solutions. Il se démarque de beaucoup de ses concurrents par le fait qu’il est natif Windows, et donc forcément très adapté au travail sous cet environnement. Son fonctionnement est assez intuitif et sa prise en main facile, surtout pour des personnes ayant déjà travaillé avec des logiciels de ce type. En outre il est plutôt performant et offre un nombre de fonction tout à fait honorable.

C’est un logiciel avec lequel il est facile de paramétrer des pièces grâce à un système de tableau. Il est d’ailleurs possible d’utiliser avec Solid Edge des tableaux de paramétrage provenant d’autres logiciels comme Excel.

Bien entendu il est compatible avec d’autres logiciels standards comme Autocad.

Solid Edge exige tout de même une configuration d'ordinateur performante pour que le travail en 3D se fasse confortablement. Dans un article consacré au logiciel, SVM conseille comme configuration un Pentium II ou III avec 256 Mo de mémoire vive. Cependant, dans le cadre de ce projet nous avons du souvent travailler sur des Pentium 90 ou 133 (!) et bien que l’utilisation était pénible, nous avons pu dessiner quelques pièces avec ce type d’ordinateur. Par contre, il était difficile d’effectuer des rotations des vues 3D, et les temps de calculs étaient très longs pour les dessins qui étaient des assemblages de pièces.

Enfin, le dernier mérite de ce logiciel est d’être peu onéreux, et surtout Unigraphics propose gratuitement le CD de Solid Edge Origin qui permet d’utiliser une grande partie des fonctions du module "part" qui permet de dessiner les pièces unitairement, mais qui ne permet pas d’utiliser le module "assembly" qui sert à l’assemblage des pièces. Cette solution est donc particulièrement adaptée au milieu scolaire car elle offre la possibilité aux étudiants d’effectuer, sur leur ordinateur, avec Origin (gratuit) le travail de base, c’est à dire le dessin des pièces séparées, puis sur le matériel de leur école, qui dispose forcément de plus de moyens, avec la version complète (payante) d’assembler ces pièces.
Pour obtenir la version Origin, il suffit d’en faire la demande via le site www.solid-edge.com (site global) ou www.origin.snt.nl.

La modélisation et l’assemblage des pièces

La description de l’utilisation de Solid Edge faite ci-dessous n’expose qu’une partie de capacités du logiciel, qui correspond aux fonctions principalement utilisées dans le cadre de notre projet.
L’élaboration d’un modèle de Lego "virtuel" se fait en deux grandes étapes : la création des différentes pièces, avec le module "Part" du logiciel, puis leur assemblage avec le module "Assembly".

Le dessin d’une pièce avec Solid Edge commence par le dessin d’un profil (dessin en 2D, fig. 1) à partir duquel on obtient une forme 3D (fig. 2), par exemple par étirement ou révolution. On obtient alors une forme simple.


1. Dessin d’un profil 


2. Etirement du profil pour obtenir une forme 3D

Souvent, dans un deuxième temps, cette forme est "retravaillée" pour obtenir une pièce plus complexe. Ces retouches se font grâce à d’autres ajouts de matière et à des enlèvements de matière (fig. 3). L’enlèvement se fait en général par la création d’un profil auquel on va donner une forme 3D qui va définir la zone de matière à enlever sur la pièce de départ. D’une certaine manière cette étape correspond à l’usinage de la pièce virtuelle et permet d’obtenir une pièce finie. Bien entendu, l’utilisation de variables paramétrant les cotes permet de changer rapidement les dimensions des pièces, et donc de créer, grâce à un seul dessin, toute une série de pièce de forme identique dont seule les dimensions changent.


3. Opération d’ajout de matière pour obtenir les deux plots et d’enlèvement pour creuser le dessous de la pièce

Ensuite, pour créer à partir d’une pièce Lego de petite taille, une pièce similaire mais de plus grande taille, on utilise le système de matrice qui permet de dupliquer selon un schéma géométrique (souvent une grille) les opérations d’ajout et d’enlèvement de matière effectuées précédemment (fig. 4).
Avec les trois étapes précédentes, il est possible de créer toutes les pièces Lego souhaitées. Il reste bien sûr désormais à les assembler pour créer un modèle, tout comme un enfant emboîte ses pièces de Lego pour créer une maison ou une voiture.


4. Utilisation de la fonction matrice pour obtenir une grande plaque à partir d’une petite

L’assemblage se fait dans un fichier qui utilise les différents fichiers "pièces" qui composent le modèle réalisé. La mise en position des pièces les une par rapport aux autres se fait par des relations géométriques simples, comme par exemple l’alignement de deux faces ou de deux axes. Bien entendu, en fonction du nombre de relations géométriques entre deux pièces, on peut jouer sur la mobilité d’une pièce par rapport à l’autre, en respectant ainsi les liaisons mécaniques qui existent dans la réalité d’un assemblage Lego (voir fig. 5, 6 et 7).

EXEMPLE D’ASSEMBLAGE :
on souhaite créer une roue à partir de deux pièces crées préalablement et indépendament : un pneu et une jante.


5. Les deux pièces de départ (elles proviennent de deux fichiers différents) sont intégrées au même fichier d’assemblage et sont disposées aléatoirement.


6. On demande une relation d’alignement d’une partie cylindrique de la jante avec une partie cylindrique du pneu. Les deux pièces sont alors coaxiales.


7. On aligne alors une face lattérale d’une pièce avec une face latérale de l’autre, puis, pour se conformer à la réalité mécanique d’une roue, on exige que la rotation de la jante par rapport au pneu, autours de leur axe, soit bloquée. L’assemblage est alors terminé, et pourra être réutilisé dans un assemblage plus complexe comme un essieu.


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