Etat de l’art Optimisation en Conception 

“Le mathématicien ne communique pas ses résultats sous la forme où il les a trouvés ; il les réorganise, il leur donne une forme aussi générale que possible ; il fait de la “didactique pratique” qui consiste à mettre le savoir sous une forme communicable, décontextualisée, dépersonnalisée, détemporalisée.” De nos jours, les techniques d’optimisation sont devenues indispensables dans plusieurs domaines de l’ingénierie, de l’économie et de l’industrie. Dans la littérature, on peut noter une croissance spectaculaire des travaux de recherche relatifs aux techniques d’optimisation et leurs applications. Dans le domaine industriel et plus particulièrement en ingénierie de conception, l’optimisation joue un rôle primordial, dans la mesure où l’objectif de son application n’est pas resté focaliser sur la minimisation du coût ou l’amélioration de certaines performances, mais il s’inscrit dans une logique de développement durable en essayant d’apporter des réponses aux questions de préservation des ressources disponibles en agissant sur tout le cycle de vie du produit. L’optimisation est un processus qui cherche les meilleures solutions possibles d’un problème donné, dans un domaine de recherche délimité par un ensemble de contraintes. En ingénierie de conception, ce processus est souvent pratiqué manuellement. Il implique une démarche itérative pour identifier les meilleurs paramètres de conception du produit (Roy et al., 2008), en s’appuyant toujours sur les connaissances d’experts (expert based optimization) ou l’adoption de plan d’expériences précis, ce qui nécessite en général un temps d’exécution relativement élevé. Devant la complexité croissante de l’activité de conception causée par la globalisation et des besoins des utilisateurs, le manque de connaissances durant les phases amont de conception, ce processus classique éprouvait certaines limites, surtout dans l’exploration complète de l’espace de recherche. Ainsi, l’optimisation algorithmique En conception, l’optimisation peut être introduite dès que le cahier des charges fonctionnel CdCF est défini. Son utilisation conjointement avec les outils CAX (Computer-Aided Design et Computer-Aided Engineering) donne beaucoup d’avantages aux concepteurs, pour améliorer le processus de conception d’un produit, de la phase conceptuelle jusqu’à la phase de conception détaillée (Rao, 2009).

o Optimisation de forme : ce type d’optimisation consiste à trouver la forme d’une structure soumise à différents types de chargements (mécanique, aérodynamique ou thermique). Dans ce type, les variables d’optimisation sont la forme de la structure elle-même. L’optimisation de forme est essentielle dans de nombreuses applications, mais reste plus compliquée relativement à l’optimisation traditionnelle, où les variables d’optimisation sont les propriétés mécaniques de matériaux. Parmi les problèmes d’optimisation de forme, on peut distinguer trois grandes catégories, du plus “facile” au plus “difficile” (cf. Figure 3.1), optimisation de : (a) forme paramétrique, (b) de forme géométrique. (c) topologique. o Optimisation paramétrique : l’optimisation paramétrique s’utilise dans un cadre beaucoup plus général. L’objectif est de chercher les meilleurs paramètres de conception au sens de certains critères (le coût, le poids, etc.). Dans le cas de conception mécanique, ce type d’optimisation ne se limite pas à l’optimisation de forme, mais il peut s’étendre aux autres facteurs (propriétés mécaniques de matériau).

Formalisation de problème d’optimisation en conception

Dans la conception du produit, dès que le cahier des charges fonctionnel est défini les concepteurs peuvent faire appel aux techniques d’optimisation. Ce cahier des charges est formulé globalement par différents objectifs (économiques, performances, …, etc.) et contraintes (physiques, industrielles, normatives). En effet, l’optimisation joue un rôle primordial dans le processus de conception, elle sert à explorer d’une façon automatique l’espace de conception, afin d’aboutir à une solution optimale satisfaisant les besoins et les exigences exprimés dans le cahier des charges. Les ingénieurs traduisent généralement le problème de conception en un problème mathématique significatif bien que, dans la plupart des cas, cette formulation n’est pas unique. Généralement, le processus d’optimisation en conception se déroule en quatre étapes (Figure 3.2), qui sont : 1) l’analyse du cahier des charges, 2) la modélisation du problème d’optimisation, 3) la sélection ou le développement d’une méthode (nouvelle) d’optimisation adéquate, 4) l’exploitation et l’analyse des solutions obtenues (Lei et al., 2016). L’étape de modélisation consiste à déterminer de façon précise les objectifs, les contraintes et les variables de conception appropriées au problème d’optimisation, c’est une étape cruciale et difficile et dépond de la complexité du produit et des connaissances des concepteurs.