Retrouvez cet article dans : Linux Pratique Hors série 7

Employer indifféremment l'acronyme DAO (CAD en anglais) ou CAO est une erreur courante. DAO signifie « Dessin (Technique) Assisté par Ordinateur », sous-entendu dessin exclusivement 2D (deux dimensions). Le résultat obtenu est ce qu'il est convenu d'appeler « un plan ». Ainsi donc, le DAO désigne l'activité consistant à réaliser des plans, ce qui autrefois, et encore aujourd'hui dans les bureaux d'études où l'on retouche d'anciens projets pas encore numérisés, se faisait sur une planche à dessin, à l'aide de la règle, de l'équerre et du crayon.

Conventions de représentation

Le dessin technique, avant d'être une représentation schématisée de la réalité, est un langage, qu'il soit élaboré à la planche à dessin ou à l'ordinateur. Comme tel, il doit transmettre des informations qui seront comprises de tous si ce langage est rigoureusement codifié. Et il l'est !
Un Japonais ou un Patagon est en mesure de me fournir un plan dont je comprendrais le sens, alors qu'il me serait impossible de comprendre un traître mot des annotations que chacun pourrait y ajouter dans sa langue maternelle. Cela est vrai parce qu'il existe des conventions (des règles admises) de représentation relatives aux dispositions des vues entre elles, aux types de traits utilisés, aux vues en coupe, aux éléments standardisés tels que vis, écrous, filetages, roulements, etc.

Disposition des vues

Le type de disposition utilisée dans un plan se trouve indiqué dans le cartouche, cadre constituant la carte d'identité du document, avec bien des renseignements divers : titre, date de création, échelle, nom du dessinateur, etc. (Fig. 0)

Le rectangle contenant un tronc de cône, deux cercles concentriques à sa droite et deux cercles concentriques barrés à sa gauche désigne ici une « représentation européenne ». Si les deux cercles à droite avaient été biffés en lieu et place des cercles à gauche, on aurait été en présence d'une « représentation américaine ».

Une explication de texte s'impose. Les deux cercles sont la représentation (on dit : l'image) du tronc de cône regardé suivant son axe en étant placé du côté gauche. Ce que l'on voit alors s'appelle la « Vue de Gauche », relativement au tronc de cône qui est, lui, en « Vue de Face ». Dans une représentation américaine, ce que l'on voit dans ce cas de figure est placé à gauche : la Vue de Gauche se trouve à gauche de la Vue de Face. Dans une représentation européenne, la Vue de Gauche se situe à droite. Pour cette raison tout à fait logique comme on va le voir, on parlera plus précisément d'un dessin en « Projections européennes ».

Principe des projections

Considérons une pièce mécanique quelconque, sans position remarquable dans l'espace, telle qu'elle se présente en 3D dans la Figure 1. Elle a été représentée opaque et en semi-transparence afin d'indiquer les formes intérieures invisibles en réalité, mais qu'il faudra cependant montrer sur un plan. On comprend d'emblée que compte tenu de ses formes, elle sera complètement définie si le plan en propose plusieurs vues, les formes en Vue de Face, Vue de Dessus, Vue Arrière, Vue de Gauche et Vue de Droite étant très différentes.

Considérons que 3 surfaces planes orthogonales (un trièdre) se situent parallèlement à 3 faces orthogonales de la pièce, ce qui est aisé puisque celle-ci est prismatique. Si maintenant une lampe est braquée sur la face avant et perpendiculairement à elle, la surface plane qui lui est parallèle en arrière accueille la forme de la pièce en ombre portée. Agissons de même en éclairant tour à tour la face supérieure, dont l'ombre portée se situe sur la surface en dessous, puis le côté droit, dont l'ombre est recueillie par la surface à gauche.
C'est le principe des projections (ombre portée ou projetée) qui est adopté en Europe pour le Dessin Industriel (Fig. 2).

Toutefois, comme il est inutile de présenter une pièce mécanique en mode ombré (chose possible sur les mises en plan obtenues à partir de modélisation 3D sur logiciels spécifiques), on limitera sa définition à ses contours et aux arêtes contenues dans les faces projetées.
Important : Si les arêtes sont visibles, elles sont représentées en trait continu ; si au contraire elles sont invisibles parce qu'elles se situent en deçà de la face projetée, elles sont représentées en trait interrompu court (pointillé). (Fig. 3)

La pièce du présent objet de l'étude contient des formes intérieures qui doivent aussi être montrées afin de pouvoir les fabriquer. Pour ce faire, on dispose de deux méthodes :

• soit on imagine la pièce coupée par un plan (Plan de coupe) judicieusement choisi et projeté en arêtes visibles ;
• soit on projette les formes intérieures en arêtes cachées, ce qui est le cas ici (Fig. 4)

Toutes les formes étant définies, il conviendrait maintenant de déplier les trois surfaces ayant reçues les projections. Ceci se ferait par rabattement de 90° des surfaces suivant leur intersection avec la surface contenant la Vue de Face, les plaçant ainsi toutes dans le même plan. Ces intersections joueraient le rôle de charnières.

Concrètement, on obtiendrait la feuille de calque que le dessinateur fixe sur sa planche à dessin ou la feuille virtuelle affichée sur le moniteur de la station de travail. (Fig. 5)

Relations entre vues

Le résultat de l'opération (virtuelle) qui vient d'être effectuée est un plan (dessin technique) classique, contenant les trois vues généralement nécessaires pour définir complètement une pièce prismatique. Bien évidemment, le dessinateur en DAO ou à la planche (la démarche est rigoureusement identique) ne s'amuse pas à dessiner à l'intérieur d'un trièdre déployable. Il dessine sur le trièdre déjà déployé que représente sa surface de travail, en n'oubliant jamais qu'on devrait pouvoir plier son plan pour obtenir le trièdre de départ, avec les projections qui se correspondent en position et en dimensions. Dans toutes les illustrations de ce texte, les correspondances sont indiquées par des « lignes de projection » (ou « lignes de rappel ») de couleur rouge, qui établissent les relations entre vues.
Celles-ci sont impératives.
Une façon simple de garantir les relations est de tracer un axe horizontal et un axe vertical (les charnières du paragraphe précédent), ainsi qu'une ligne de renvoi à 45° placée à l'intersection des deux axes (Fig. 6).

Note : Un dessinateur confirmé se dispense de ces constructions préliminaires. Il sait par une simple mesure quelle est la largeur de l'objet en Vue de droite s'il dispose déjà de sa Vue de dessus.

Type de trait

Le trait n'est pas neutre ; au contraire, il signale des entités de nature différente, telles que :

• arêtes réelles visibles = trait fort continu ;
• arêtes fictives = trait fin continu ;
• arêtes réelles cachées = trait interrompu court ;
• axes = trait mixte fin ;
• plan de coupe = axe mixte fin épaissi aux extrémités ;
• etc.

De plus, les notions de « fin » ou « fort » qui désignent les épaisseurs des traits sont définies par la normalisation ISO. On utilisera donc toujours des épaisseurs normalisées (0.18 pour les hachures, 0.25 pour les traits fins quel que soit le type, 0.5 pour les traits forts).

La plupart des logiciels de DAO affectent une couleur différente à chaque épaisseur de trait, ce qui permet d'un seul regard de différencier une ligne de rappel (trait fin) d'une arête vue (trait fort) par exemple (Fig. 7). Une autre philosophie veut que l'on affecte une épaisseur de trait, et donc une couleur, par calque.

Méthodologie

La structure en calques

Le concept d'empilage des calques, c'est-à-dire de couches virtuelles transparentes superposées contenant chacune une information particulière et dont la somme constitue le sujet global, a toujours été présent en DAO. Il faut dire qu'un plan contient des données de différents types qu'il a semblé judicieux de séparer parce que leur traitement diffère.
Ainsi, l'on rencontre des informations rigoureusement géométriques (les entités ligne ou cercle et tous leurs dérivés), des données alphanumériques séparées (nomenclature) ou liées à la géométrie (cotation), des éléments complexes indépendants (motifs, blocks, éléments standardisés de bibliothèque...), etc.
Typiquement, un sujet structuré en couches empilées présentera au minimum :

• Un calque « Format », qui contient le cadre et le cartouche normalisé, sur une feuille A4, A3, A2...
• Un calque « Trait », qui contient le dessin de la pièce.
• Un calque « Cotation », qui contient le dimensionnement.
• Un calque « Nomenclature », bien que celle-ci soit de plus en plus établie sur un document annexe, comme il vient d'être dit, parce qu'aussi son contenu est généralement exploité par le service de gestion, alors que la géométrie et son habillage (cotation, annotations, hachurage, etc.) le sont par le service fabrication et maintenance (quoiqu'une approche spécifiquement maintenance avec plan d'éclatés soit de plus en plus courante).

Lorsqu'il s'agit d'un plan d'ensemble montrant tous les éléments assemblés d'un mécanisme (par exemple : un moteur), chaque pièce constitutive de l'ensemble est entièrement définie sur un calque portant un nom explicite : aucune entité participant à sa définition ne doit se situer sur un autre calque. Ainsi, il devient possible de n'afficher, de n'imprimer, de ne modifier que cette pièce sans aucune conséquence pour les autres.

Les calques sont gérés par des fonctions qui leur sont propres à l'intérieur du logiciel de DAO, dans une boîte de dialogue dédiée (Fig. 7-1). Il sera ainsi possible de créer ou d'effacer un calque, de le rendre visible ou invisible, de le verrouiller (on dit aussi « geler ») ou de le déverrouiller, d'éditer ses attributs ou de changer l'ordre de son empilage (fonction pas toujours disponible), de permettre ou non son impression, etc.

Esquisse et Mise au net

Un travers courant consiste à dimensionner d'entrée de jeu les entités que l'on trace sur le calque de travail (celui qui est actif, c'est-à-dire sélectionné). Il s'agit une méthode non productive, et contraire à ce qu'une tradition bien établie perpétue.
Il convient de tracer d'abord une esquisse, dont la rigueur tient dans la position relative dimensionnelle et géométrique des entités. Pour être plus explicite : on ne s'occupe pas pour l'instant de la dimension d'un segment, mais seulement de la mise en place exacte par rapport à une référence de sa droite support (supposée infinie). Idem pour des arcs de cercle : on positionne exactement le cercle support dessiné avec son rayon réel, sans s'occuper de la longueur de l'arc.
Cela s'appelle « établir l'Esquisse ».
Ensuite, il convient de supprimer tous les éléments superfétatoires pour ne conserver que les éléments nécessaires.
Cela s'appelle « la Mise au net ».
Il y a au moins deux façons d'effectuer la Mise au net à partir de l'Esquisse (Fig. 8) :

• La finition par ragréage, à savoir qu'à l'aide des outils d'édition (ajuster, couper, effacer...), il convient de délimiter les entités, puis d'éliminer le superflu.
• La finition par retraçage, qui suppose que l'Esquisse ait été tracée sur un calque propre, et sans doute dans le mode « Brouillon » ou « Esquisse » dont disposent certains logiciels de DAO. Ensuite, sur un calque de finition, il suffit de tracer le contour voulu en s'appuyant sur l'Esquisse en sous-couche qu'on élimine lorsque la Mise au net est terminée. Les accrochages (snap en anglais) du profil final se font sur les points remarquables de l'Esquisse : extrémités d'entité, intersection, centre de cercle, points de tangence, etc.

C'est une excellente manière de procéder. Rapide, elle donne aussi le gage que toutes les entités composant l'élément que l'on vient de définir se situent sur le même calque.

Congés et Chanfreins

Un « congé » est un arc de cercle effectuant la transition entre deux entités linéaires ou circulaires ; très souvent un congé est appelé « rayon » ou « raccordement ». Un « chanfrein » est un segment, généralement incliné à 30° ou 45°, effectuant la transition entre deux entités linéaires. Congés et chanfreins sont des éléments de finition lors de la fabrication d'un objet, servant à supprimer des arêtes vives, ou à faciliter le montage d'un arbre dans un alésage.
On pourrait être tenté de dessiner ces éléments lors du tracé du profil en utilisant les fonctions « segment » ou « arc de cercle ». Ce serait une erreur...

On trace toujours d'abord le profil complet, puis ensuite on met en place les congés et les chanfreins en utilisant les fonctions prévues à cet effet. Il suffit pour cela de sélectionner la fonction, d'indiquer les valeurs numériques attendues, rayon ou angle, puis de désigner les entités à raccorder : le congé ou le chanfrein se met en place en éliminant les portions d'entité superflues (Fig. 9).

Couleurs des entités

Très souvent, les couleurs sont affectées par le logiciel à des épaisseurs de trait, comme il a déjà été dit. A l'écran, les traits ont tous la même épaisseur et c'est alors une façon de les différencier. Lors de la sortie sur papier, le module d'impression gérera les épaisseurs en fonction des couleurs ou le module de pilotage du traceur choisira les bons crayons (à condition qu'ils aient été positionnés correctement sur le porte-stylo du traceur).
Les programmes modernes de DAO affichent les différentes épaisseurs à l'écran, et la couleur n'est plus alors un moyen de les distinguer. Cependant, on prendra l'habitude d'attribuer une couleur différente aux entités de nature différente : arêtes vues, arêtes cachées, hachures, cotation, texte, cadre et cartouche, etc.
Cela peut se faire par l'attribution d'une couleur à un calque et par le dessin des entités sur le calque approprié, mais on annule alors l'avantage de disposer d'une pièce complètement définie par calque. Il y a donc ici un choix à opérer.

Fig. 10 : En A, les étoiles magenta signalent 4 erreurs ; en B, la cotation est remise en état.

Cotation

Les cotes dimensionnent la pièce dessinée en vue de sa réalisation (Fig. 10). Elles doivent être exactes, conformes aux dimensions que l'on veut réaliser et représentatives de l'entité tracée : il est hors de question de ne pas dessiner à l'échelle et d'indiquer ensuite des valeurs qui ne correspondent pas au dessin.
Dans leur présentation, on veillera à ce que les cotes soient :

• équidistantes ;
• alignées ;
• disposées à l'extérieur de la pièce ;
• non coupées par des lignes de rappel.

Construire des entités

Avec une logique qui leur est propre, tous les programmes de DAO obéissent aux mêmes règles de construction d'une entité, règles que l'on peut
résumer ainsi :

• Entité dessinée = Type + Contrainte + Accrochage.
• Type d'entité = point, cercle, arc, segment, droite, etc.
• Contrainte géométrique et dimensionnelle = dimensions, tangent à, vertical, horizontal, perpendiculaire à, parallèle à, distant de, bissectrice de...
• Accrochage = coordonnées, intersection de, extrémité de, centre de, quadrant de, etc.

La méthode peut sembler rigide : elle est seulement rigoureuse et garante d'une géométrie correcte. Il n'y a pas d'à-peu-près en DAO. De la sorte, pour dessiner un cercle de rayon 12 mm, dont le centre se situe dans l'espace de dessin à X0, Y0, il faudra construire une phrase de commande dont la forme littérale serait :
Cercle (Type) de Rayon 12 (Contrainte) de centre situé à X0 et Y0 (Accrochage).
Dans QCad, la construction de la phrase de commande est réalisée en cliquant sur les icônes adéquates (Fig. 11), tel que :

• pointer Cercle (1) dans la palette principale ;
• pointer Cercle avec Centre et rayon (2) dans la palette Contraintes qui vient d'apparaître ;
• pointer Positionnement libre (3) dans la palette Accrochage ;
• indiquer la valeur du rayon dans le champ de saisie en haut de l'espace de travail (4) ;
• cliquer dans le champ de saisie de la commande en attente au bas de l'espace de travail et entrer les coordonnées (5).

Le cercle est alors dessiné.

Conclusion

Plus que de longues descriptions, une mise en pratique est appropriée à l'acquisition des principes de base énoncés, et de ceux dont il n'a pas encore été question.
Aussi, nous proposons-nous de réaliser un pas à pas à l'aide de QCad, logiciel de DAO libre pour Linux.
À noter qu'il existe des produits plus élaborés, tels que GraphiteOne, Varicad ou Bricscad à vocation professionnelle. Ils sont tous pourvus d'un système 2D+3D. Leur prise en main étant nécessairement plus longue, ils ne font pas partie de cette étude.

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