Projet ANR-12-MONU-0004 – METIS : ModElisation Tridimensionnelle de maquettes numériques par l’Intégration de données géométriques et de connaissances hétérogèneS
Programme : Modèles Numériques (MN)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Harvey ROWSON (DeltaCAD)
Partenaires : École nationale supérieure d'arts et métiers; DELTACAD; Ecole centrale de Nantes; Institut français du pétrole Energies nouvelles; Université de technologie de Troyes; Institut Charles Delaunay
Montant : 993888.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Rétro conception de produits industriels à partir de données hétérogènesReconstruction d’une maquette numérique exploitable d’un grand ensemble ou d’un produit industriel à partir de données hétérogènes (photos, points scannés, notes de maintenances, nomenclature, …).
Exploiter des données hétérogènes afin de recréer ou mettre à jour une maquette numérique.Ce projet s’intègre dans le domaine de la rétro-conception, qui est largement utilisée dans l’industrie manufacturière afin de capitaliser des connaissances qui ne l’ont pas été jusque-là et qui deviennent aujourd’hui cruciales pour faire évoluer les produits. Les applications sont diverses, comme par exemple, la rétro-conception de produits existants en vue d’en modifier/combiner des composantes (cas de la rétro-conception de moteurs ou de grands systèmes « as-built ») ou alors la maintenance des systèmes à très longue durée de vie (avions, navires, centrales nucléaires, plateformes pétrolières, trains…), lorsqu’il faut reconcevoir et refabriquer un composant dont on ne dispose pas des informations de conceptions d’origines (sous-traitance, évolution temporelle, …).Une hypothèse forte portée par le projet METIS est que, pour la rétro-conception d’un grand ensemble complexe, les informations purement géométriques sont insuffisantes. METIS vise à proposer une solution pour intégrer l’ensemble des informations (nuage de points, photos, documentations techniques textuelles, nomenclature…) disponibles sur l’ensemble étudié afin de les traiter et d’en extraire une maquette numérique, en s’appuyant sur une base de connaissances. L’un des enjeux clés de la démarche repose sur les concepts de signature et d’identification, qui doivent fournir les moyens de lier les données hétérogènes avec les connaissances afin de les exploiter pour reconstruire un modèle adapté à l’exploitation souhaitée.L’évolution globale des industries amène à l’émergence de nouveaux besoins en termes d’approches d’ingénierie et présente un potentiel de nouveaux modèles économiques pour des entreprises qui seront en mesure d’innover sur ces axes. C’est dans ce cadre que s’inscrivent les perspectives de retombées techniques et sociétales de METIS, en fournissant des méthodologies et outils innovants supportant ces nouveaux modèles et permettant d’accroître la compétitivité des offres.
Méthodologies d’acquisition et d’exploitation de données hétérogènes et de connaissances pour construire ou mettre à jour une maquette numérique.En termes de méthodes de travail et de traitements, le projet s’articule autour de différentes thématiques scientifique comme suit :•	Acquisition, traitement et intégration de grands volumes de données, géométriques ou non, spatialement localisées : les données recueillies seront d’une telle hétérogénéité (nuages de points 3D, photographies, références catalogue, résultats de calcul, schémas de maintenance, ancienne version de la maquette numérique etc.) qu’il faudra développer une méthodologie de triage et de mise en correspondance et de référencement innovante•	Méthode d’identification de composants métier dans un ensemble de données hétérogènes : il s’agira de créer d’une bibliothèque de composants caractérisés par des éléments clés (signature) permettant leur identification dans un grand volume de données. L’apport scientifique est  ici de trouver un moyen de « signer » des composants complexes et de stocker ces signatures•	Recherche, dans le grand volume de données, de la nomenclature du produit étudié ainsi que des matrices de position associées : dès qu’un composant est reconnu (identification de sa signature), le premier apport scientifique sera de le caractériser dans ses dimensions, sa position, son orientation etc. à l’aide de données géométriques et non géométriques recueillies directement dans l’ensemble de données mais aussi à l’aide de connaissances connues a priori sur le composant (ex : dépouilles si composant forgé etc.)•	Génération ou modification de la maquette numérique : dès la nomenclature connue, les modèles CAO paramétrés métier associés aux différents composants pourront être obtenus
Résumé de la soumission : Ce projet s’intègre dans le domaine de la rétro-conception (ou Reverse Engineering en anglais). Aujourd’hui, la rétro-conception est largement utilisée dans l’industrie manufacturière afin de capitaliser des connaissances qui ne l’ont pas été jusque-là et qui deviennent aujourd’hui cruciales pour faire évoluer ses produits. Les applications sont diverses, comme par exemple, la rétro-conception de produits existants en vue d’en modifier/combiner des composantes (cas d’IFP Energies nouvelles par exemple, qui fait de la rétro-conception de moteurs) ou alors la maintenance des produits mécaniques à très longue durée de vie (avions, navires, centrales nucléaires, plateformes pétrolières, trains…), lorsqu’il faut reconcevoir et refabriquer un composant autrefois produit soit en interne mais dont le personnel a quitté la société ou soit par un sous-traitant aujourd’hui disparu.De manière générale, les solutions commerciales présentes actuellement sur le marché proposent d’extraire les informations géométriques de l’objet afin de le reconcevoir (RAPIDFORM XOR d’Inus Technology par exemple). Il existe également dans la littérature scientifique des approches traitant de la rétro-conception de composants ou de petits ensembles. Dans ce cas, la géométrie de l’objet est souvent obtenue par numérisation 3D ou mesure. La surface de l’objet est ainsi échantillonnée par un nuage de points et/ou un maillage surfacique. Aujourd’hui, c’est l’analyse de cette géométrie à travers un filtre de connaissances métier qui permet de retrouver les intentions initiales de conception et d’en assurer la rétro-conception.Le projet METIS vise, quant à lui, à proposer des solutions pour la rétro-conception de grands ensembles mécaniques complexes (par le nombre de pièces et/ou leur taille) tels que des moteurs, des véhicules (ces problématiques étant au cœur des travaux d’IFP Energies nouvelles) par exemple. Dans le cadre de ces ensembles, il est délicat et peu efficace de numériser intégralement la géométrie. Par exemple, pour une automobile, relever le nuage de points de l’ensemble des pièces qui la composent serait, sinon impossible, extrêmement fastidieux. En effet, il faudrait, pour cela, démonter l’intégralité de la voiture et numériser les pièces une à une, manuellement : les systèmes de numérisation 3D automatiques de pièces dont on ne possède pas la CAO (impossibilité de faire une gamme automatique) sont très limités dès qu’il s’agit de pièces de formes complexes, la numérisation des pièces de la voiture devrait donc se faire majoritairement manuellement. L’hypothèse principale portée par le projet METIS est que, pour la rétro-conception d’un grand ensemble mécanique complexe, les informations purement géométriques sont insuffisantes. METIS vise à proposer une solution pour intégrer l’ensemble des informations (y compris les informations géométriques) disponibles sur l’ensemble mécanique étudié afin de les traiter et d’en extraire une maquette numérique. Il s’agit donc de développer des méthodologies ainsi que les outils associés qui permettront à un utilisateur de créer et maintenir dans le temps une maquette numérique sémantiquement riche et intégrant les connaissances liées à l’ensemble mécanique considéré. Cette maquette sera obtenue à partir d’informations hétérogènes, parfois incomplètes, telles que des images, des plans 2D, des nuages de points issus de numérisations 3D, des croquis, des photographies, des rapports de maintenance, des résultats de calculs…, voire même une ancienne version de la maquette numérique.
Résultats : Les 18 premiers mois du projet ont notamment permis de préciser un vocabulaire et des concepts très structurants pour le projet. En premier lieu, le concept de signature a été identifié comme la clé de voute nécessaire à l’identification et intégration des données, même si ces dernières sont fortement hétérogènes (Bruneau et al.,2014). Des typologies de signature ont été créées sur l'exemple d'un piston automobile (signature textuelle, une signature 2D, ...). De plus, une cartographie de ces données hétérogènes en fonction de leur nature et de leur place dans le cycle de développement de produit a été proposée. 
Le second choix concerne l’infrastructure de la plateforme d’intégration. Cette dernière a été conçue de façon très modulaire afin de pouvoir signer et intégrer des données grâce à différentes technologies/algorithmes, et ce sans présumer a priori du média/format de la donnée.
Perspectives : Les partenaires du projet, et notamment les industriels DeltaCAD et IFPEN, sont en relation depuis de nombreuses années avec des industriels de secteurs divers (Transport, Énergie, Mécanique, …) qui rencontrent des problématiques de Reverse Engineering sous différentes formes, afin de leur apporter des solutions informatiques dédiées. Le besoin est donc manifeste, et est identifiée déjà par de nombreux industriels qui souhaiteraient disposer d’une solution progicielle comme METIS permettant de traiter de façon optimale le Reverse Engineering en intégrant toute les dimensions du sujet.
Le potentiel d’impact de l’outil METIS est largement lié à son niveau d’innovation scientifique et technique, notamment sur la capacité de l’outil à exploiter des sources d’informations hétérogènes et à réduire le besoin d’interventions interactives. Les travaux de recherche du projet visent à investiguer en ce sens, en identifiant des solutions possibles, ou alors en proposant de nouveaux axes de recherche possibles par la suite.
Publications et brevets : M. Bruneau, A. Durupt, L. Roucoules, JP. Pernot, B. Eynard Towards new processes to reverse engineering digital mock-ups from a set of heterogenous data
International conference on Graphics Engineering June 19th –21th, 2013 Madrid, Spain INGEGRAF – ADM – AIP PRIMECA
M. Bruneau, A. Durupt, L. Roucoules, JP. Pernot, H. Rowson, 
A methodology of reverse engineering for large assemblies products from heterogeneous data
TMCE 2014, May 19-23, 2014, Budapest, Hungary
M. Ouamer Ali, F. Laroche, A. Bernard, S. Rémy
Toward a methodological knowledge based approach for partial automation of reverse engineering
CirpDesign April 14th 2014, Milan, Italie