Nous le répétons sans cesse : le changement exponentiel est clairement visible. Et c'est d'ailleurs pour cette raison que l'interview de Verhaert est si pertinente dans le contexte actuel. La plupart des tâches de conception sont un concentré de problèmes d'optimisation complexes, que les équipes de conception abordent de manière itérative, en ajustant la meilleure estimation initiale par des cycles d'analyse technique, d'interprétation et de perfectionnement. Mais chaque itération coûte du temps et de l'argent : les équipes ne réalisent donc parfois qu'une quantité limitée d'itérations dans la période prévue pour le développement. Du fait que les équipes ont rarement l'occasion d'explorer des solutions alternatives qui s'éloignent fortement de leurs hypothèses de base, la conception finale n'est généralement pas tout à fait la meilleure.
La conception à l'ancienne est morte, vive le design générative !
La technologie d'aujourd'hui offre une alternative. La simulation et l'analyse numériques se font désormais quasiment en temps réel, ce qui permet d'évaluer les conceptions en quelques secondes, voire moins. Les algorithmes peuvent ajuster automatiquement la géométrie d'une pièce entre les simulations, sans qu'il soit nécessaire d'apporter des ajustements manuels. En utilisant des techniques d'IA, ces nouveaux systèmes de conception générative peuvent explorer un éventail de possibilités beaucoup plus large. Cette nouvelle approche implique la comparaison des résultats de milliers de simulations afin d'aboutir à une conception offrant une combinaison d'attributs optimale.
Pour certains types de problèmes de conception, les algorithmes génératifs sont déjà plus performants que les équipes concepteurs humains. En outre, ils peuvent produire des solutions non intuitives que les processus traditionnels n'auraient peut-être jamais trouvées.
Aujourd'hui, c'est dans l'optimisation structurelle que des algorithmes de conception générative sont le plus souvent utilisés : ce processus consiste à créer des pièces offrant une solidité, une rigidité et une résistance à la fatigue suffisantes avec une quantité minimale de matériau. Ces applications sont courantes partout où le poids est un facteur primordial, comme dans la conception des composants structurels internes de l'outillage à main (pour en améliorer l'ergonomie), des équipements sportifs (pour en améliorer les performances), des véhicules et des avions (pour réduire leur consommation de carburant ou accroître leur charge utile). Cette approche est également adoptée pour tout produit pour lequel le poids de l'expédition est un facteur de coût important. Les matériaux (rares ou autres) représentant aujourd'hui le principal facteur de coût, une plus grande efficacité structurelle peut permettre de réaliser d'importantes économies, tant en termes de coût que de durabilité.
Dans certains secteurs, les algorithmes génératifs ont permis de réduire le coût des pièces de 6 à 20 %, le poids de 10 à 50 % et le temps de développement de 30 à 50 % (voir exemple). Un fabricant d'outillage électrique a ainsi pu réduire le poids d'un support moulé de 26 % et son coût de 8 %, sans affecter l'interface entre la pièce et l'assemblage plus large. Pour une grande pièce forgée, l'optimisation générative a permis une réduction de poids d'environ 40 %, réduisant ainsi le poids du produit final de plus de 1 kg.
Comment la conception générative intègre des techniques de production flexibles
La conception générative et les technologies de fabrication additive sont trop souvent considérées comme des partenaires naturels, dans la mesure où les machines de fabrication additive sont capables de traiter les formes complexes et organiques auxquelles ces algorithmes donnent souvent naissance. Pourtant, la fabrication additive n'est guère une obligation lors de l'implémentation de la conception générative : les systèmes génératifs les plus récents peuvent être configurés pour tenir compte des contraintes liées aux processus de fabrication. Cette flexibilité permet d'élargir la gamme de pièces sur lesquelles la conception générative peut se concentrer. Elle permet également aux équipes de conception d'évaluer des techniques de production alternatives avec une plus grande facilité.
Les algorithmes génératifs ne sont toutefois pas limités aux tâches de conception structurelle. Cette approche est en effet utilisée dans d'autres domaines, dont notamment la conception de systèmes électriques et thermiques, l'optimisation des flux de fluides, ou encore l'optique et l'acoustique. Les architectes et les urbanistes utilisent même des techniques génératives pour optimiser l'agencement des bâtiments et des espaces urbains.
Le rôle de la conception générative dans le développement de produits de bout en bout
Tout comme d'autres nouvelles méthodologies numériques, les techniques de conception générative ont déjà montré qu'elles étaient à même d'améliorer de manière significative les performances dans les applications du monde réel. Leur plein potentiel ne sera toutefois atteint que lorsque les entreprises mettront en œuvre ces concepts à grande échelle et les intégreront aux processus de développement des produits.
L'achat des outils logiciels adéquats ne constitue qu'une partie de la solution (Altair, Ansys, Autodesk, Bentley Systems, Dassault Systems, Desktop Metal, Esi Group, Msc Software, nTopology, Paramatters, etc.). Les concepteurs et les autres personnes concernées doivent également savoir comment utiliser les nouveaux outils de manière efficace, en comprenant parfaitement leurs capacités et leurs limites. Une bonne discipline de conception reste donc cruciale : bien que les méthodes de conception générative permettent de produire des solutions créatives et non intuitives, les concepteurs doivent toujours valider les résultats obtenus par le biais de tests ou d'analyses. Ils doivent en outre s'assurer que la conception peut être fabriquée selon le processus envisagé. Cette interaction entre l'homme et la machine continuera d'évoluer à mesure que les algorithmes deviendront plus intelligents et que les ingénieurs apprendront à tirer le meilleur parti de ces nouveaux outils dans un large éventail de domaines.
Le principe génératif dans tous les maillons de la chaîne de valeur
Les entreprises devront s'assurer qu'elles utilisent également des approches de conception générative dans le processus de vente et de marketing. Les algorithmes génératifs peuvent en effet apporter de la valeur dans plusieurs domaines du processus de développement de produits :
Conception initiale. Tester de nouvelles formes et géométries et traduire les idées innovantes issues du cerveau du concepteur en un produit concret.
Conception et ingénierie détaillées. Atteindre de nouveaux niveaux de performance des produits tout en minimisant les coûts.
Production. Évaluer les géométries proposées sur le plan de la fabricabilité et (si nécessaire) exploiter et accélérer l'utilisation des procédés de fabrication additive.
Amélioration des produits. Soutenir les efforts de conception en fonction des coûts, de la valeur et du poids, et générer une valeur supplémentaire et une augmentation des marges.
Achat. Structurer des processus d'appel d'offres complexes en vue d'améliorer le compromis entre le prix, les possibilités techniques, la traçabilité, le risque, la durabilité et d'autres facteurs encore.
Défis, opportunités et principaux moteurs
Pour les responsables de développement de produits actuels, les technologies de conception générative entraînent un certain nombre de défis de taille sur le plan humain, organisationnel et concurrentiel. L'un des premiers obstacles sera probablement l'acceptation des pièces et des produits par les parties prenantes : les algorithmes génératifs produisent en effet des conceptions qui peuvent être radicalement différentes de celles qui étaient autrefois conçues par l'homme. Certains observateurs les trouvent même 'étranges ou inquiétantes'.
Cela peut donc freiner l'acceptation des solutions génératives par les parties prenantes internes, même si les conceptions proposées semblent être techniquement supérieures. L'utilisation de la conception générative pour les pièces destinées aux clients crée des problèmes d'acceptation similaires, bien que certaines entreprises utilisent déjà cette approche pour créer des produits à l'apparence unique et pour le moins surprenante.
Un deuxième défi majeur est de nature plus organisationnelle. L'adoption à grande échelle des approches génératives peut entraîner une modification des exigences d'une entreprise en matière de talent, de savoir-faire et de ressources dans la fonction de développement de produits. Des solutions génératives peuvent p. ex. exiger moins de temps de la part d'ingénieurs et de concepteurs expérimentés, ce qui permet de raccourcir les cycles de développement des produits. Cela soulève des questions sur la structure organisationnelle et l'allocation des ressources pour les acteurs établis et peut permettre aux nouveaux concurrents d'accéder aux marchés avec plus de facilité.
La troisième série de questions concerne l'intégration des processus. Les entreprises doivent réfléchir à la manière dont les approches génératives peuvent être intégrées aux processus de conception, aux plateformes de données et aux chaînes d'outils existants. Le rythme de développement accéléré des technologies de conception générative implique que les entreprises auront probablement besoin d'une plus grande flexibilité pour pouvoir utiliser différents outils de différents fournisseurs, mais aussi pour échanger leurs outils de conception et pour mettre ces derniers à niveau à mesure que la technologie évolue. Cela nécessite des systèmes ouverts et adaptables, ainsi qu'un degré de flexibilité élevé dans les fonctions de développement de produits et informatiques.
Dans les années à venir, les algorithmes génératifs continueront d'évoluer et deviendront plus puissants, utilisables dans davantage de domaines et plus faciles à exploiter. Avec l'augmentation de la puissance de calcul, il sera possible d'étendre cette approche au-delà du niveau des pièces et de l'optimisation des assemblages. À terme, cela permettra d'obtenir des produits complets.
Plusieurs grandes entreprises ont déjà dépassé la phase expérimentale de la conception générative et sont en train de réfléchir à la manière dont elles pourraient intégrer cette approche dans l'ensemble de leur organisation. Cela nécessite bien entendu des investissements dans l'outillage, la formation et le changement de culture. Mais pour ceux qui sont prêts à s'engager dans cette voie, les effets positifs sur les délais de mise sur le marché, les coûts et les performances des produits seront vraisemblablement considérables.
