Units/fr

Un peu de lecture sur les unités :
 * Métrologie
 * Système international d'unités
 * Système d'unités impériales
 * Unité dérivée du Système international
 * Degré (angle)
 * Unités implémentées dans OCC

Unités supportées
Une liste complète de toutes les unités prises en charge peut être trouvée ici.

Objectifs et principes : propositions d'extension du système de gestion des unités
Un système de gestion de la vulgarisation des unités, est en développant. Le concept de système d'unités, est proposé dans les sections suivantes, activé lors d'une instance en cours d'exécution de FreeCAD. L'intérêt pour la définition d'un tel concept, est de travailler plus facilement avec le plus grand nombre de type d'unités physique que l'on veut, (même ceux créés par l'utilisateur), sans augmenter la complexité de la gestion de l'unité ni pour l'utilisateur, ni pour les développeurs de  FreeCAD.

En bref, un événement de mise à l'échelle d'unités, est localisé avec précision, et réalisée génériquement.

Atteindre une telle flexibilité, est particulièrement nécessaire lorsque l'on commence à traiter les propriétés des matériaux, qui peuvent avoir des unités très différentes, et difficiles à gérer manuellement.

Le raisonnement proposé, permet la manutention des unités telles que décrites dans le "Guide for the Use of the International System of Units (SI)" et "The International System of Units (SI)", tous les deux du NIST.

Dans cette proposition, on rappelle d’abord dans la section Réflexions quels sont les contextes possibles pour lesquels la gestion des unités est requise.

Dans la section Organisation, nous présentons le modèle de données retenu pour la gestion des unités basé sur 3 objets: l'unité, une base de données d'unités, et le système d'unité. Enfin, une courte API d'un 4ème objet appelée l'unit manager est aussi présentée.

Résultat
Merci pour cette extension, nous visons à faciliter l'échelle d'unité qui peut se produire, entre différentes tâches professionnelles. Par exemple, les dessins techniques peuvent être fait dans un système d'unité standard, tandis que la modélisation par éléments finis, peut être géré dans un système d'unité plus adapté pour cela.

L'échange de données, entre ces deux types d'activités devient plus facile avec cette extension.

Réflexions
Dans cette section sont mis en évidence les contextes d'utilisation d'un tel système de gestion des unités. A partir de ces contextes, nous sommes alors en mesure de définir ses spécifications techniques.

2 contextes, sont essentiellement donnés, à titre d'exemple.

Contexte 1 : ouverture de fichiers de données
Ce cas est probablement le cas le plus fréquent. Vous recevez un fichier contenant par exemple un modèle géométrique, ou décrire un matériau avec beaucoup de propriétés. Le modèle géométrique est exprimé en mètres, ou les propriétés des matériaux selon le système d'unités international.

Dommage ...

Vous êtes un expert en FE modélisation, et vous travaillerez généralement avec, des millimètres pour la longueur, MegaPascal pour la pression, tonne pour la masse ...

Dans ce contexte, la gestion de l'unité est nécessaire à l'échelle des données, à partir d'un système unitaire initialement défini dans le fichier d'entrée, dans le système défini par l'utilisateur de l'unité cible.

Contexte 2 : changement entre systèmes d'unités pendant l'exécution
Dans ce cas, vous pouvez être en même temps celui qui réalise le dessin, et celui qui va gérer la modélisation des éléments finis (FE). Comme dans le cas précédent, les systèmes unitaires pour ces 2 tâches, ne sont pas les mêmes, et, vous avez besoin de changer le système d'unité initial, lors de l'exécution de celui que vous préférez.

Logique d'échelle d'une unité
Dans la section Réflexions, deux contextes ont été présentés lors de l'utilisation de la mise à l'échelle d'unités. Certains éléments doivent être souslignés dans ces deux contextes.

Cohérence d'unités tout au long de l'instance, en cours d'exécution
Le système proposé repose sur une hypothèse de base : l'utilisateur travaille dans un système d'unités cohérent. Par exemple, cela signifie que si l'utilisateur exprime la longueur en millimètres, nécessairement les aires seront exprimées en termes de millimètres carrés, et non de mètres carrés. C'est l'hypothèse 1.

Système d'unité
Grâce à "l'hypothèse 1", il est possible et pertinent de définir un système d'unités. Un système d'unités s'applique à : Selon le Guide for the Use of the International System of Units (SI) du NIST, il existe 7 unités physiques de base. Nous avons choisi d'exprimer un système d'unités en termes de ces 7 unités de base.
 * à une instance de FreeCAD en cours d'exécution dans laquelle vous travaillez
 * ou il peut également s'appliquer globalement au contenu d'un fichier d'entrée.

Lorsque vous travaillez au sein d'une instance FreeCAD, l'utilisateur doit d'abord définir le système d'unités selon laquelle il/elle travaille, avant qu'il/elle décide de passer à un autre système d'unité, ou avant d'importer des données à partir d'un fichier.

Ce système s'appliquera, jusqu'à ce que l'utilisateur décide de changer l'unité. S'il/elle le fait, toutes les données de Grandeur seront réduites.

En considérant cette seule hypothèse, toutes les données que l'utilisateur va entrer manuellement dans FreeCAD, sont supposées être cohérentes avec le système d'unité choisi.

C'est l'avantage, de travailler avec un système d'unités, défini au niveau de l'instance en cours d'exécution de FreeCAD, ou, au niveau du fichier de données, (au lieu de l'unité définie au niveau des données) c'est alors, que la gestion de l'unité est considérablement simplifiée.

Voici quelques exemples de systèmes d'unités.
 * mètre, kilogramme, seconde, ampère, kelvin, mole, candela.
 * millimètre, tonne, milliseconde, ampère, kelvin, mole, candela.
 * millimètre, kilogramme, milliseconde, ampère, kelvin, mole, candela.

Unités de base et dérivées
Les unités dérivées sont créées par la combinaison d'unités de base. Par exemple, une accélération (m/s) combine en même temps la longueur et le temps. Une image intéressante présentant les relations entre les unités de base et les unités dérivées peut être consultée ici également depuis NIST.

Merci, à la définition d'une unité centrale, il est possible que l'utilisateur travaille avec n'importe quel type d'unités dérivées, sans la nécessité, que les développeurs de FreeCAD les prévoient à l'avance.

Symboles des unités de base et dérivées
Selon Le système international d'unités (SI), les symboles pour spécifier une unité sont officiellement approuvés. Deux conséquences peuvent en être mises en évidence.
 * Il n'est pas facile pour un programme informatique de travailler avec les symboles d'unités car certains sont des lettres grecques par exemple. Ils peuvent donc être un peu difficiles à traiter par un programme.
 * Alors que certaines unités et leurs symboles sont largement utilisés, ils peuvent ne pas être approuvés officiellement, comme par exemple l'unité "tonne" (voir la page 55 du Guide d'utilisation du Système international d'unités (SI)).

Pour surmonter ces limites, et, garder une bonne flexibilité, le système proposé favorise l'utilisation des grandeurs d'unités au lieu des symboles d'unité, qui restent néanmoins disponibles pour une raison d'ergonomie.

Modèle de données
Les trois objets de base, du système de gestion de l'unité sont présents, à savoir l'unité, le dictionnaire d'unités et le système d'unités.

Unité
En préambule, il est important de souligner qu'un objet unité n'indique en soi qu'une dimension comme la longueur, la masse, le temps... Il ne spécifie pas une magnitude comme le mètre, le millimètre, le kilomètre... Cette dernière information est spécifiée par le système d'unités.

Dimension
Chaîne obligatoire indiquant la dimension de l'unité. Les dimensions des 7 unités de base sont indiquées ci-dessous (extrait du Guide d'utilisation du système international d'unités (SI)).
 * LONGUEUR
 * MASSE
 * TEMPS
 * COURANT ÉLECTRIQUE
 * TEMPÉRATURE THERMODYNAMIQUE
 * QUANTITÉ DE SUBSTANCE
 * INTENSITÉ LUMINEUSE

L'attribut de Grandeur permet d'identifier l'unité. Deux unités ne peuvent pas partager la même Grandeur.

Signature
La signature, est dans tableau d'INTEGER (entiers) de 7 cases, la signature doit obligatoirement avoir une taille de 7 (chiffres), la position du chiffre dans le tableau définit l'unité.

La signature des 7 unités de base sont les suivantes:

À partir de ces 7 unités, nous sommes en mesure d'exprimer toutes les unités dérivées, définies dans Guide for the Use of the International System of Units (SI), et, au besoin, d'en créer de nouvelles, comme par exemple :

La signature, est l'attribut de mise à l'échelle, qui peut être réalisée pour l'unité, d'une manière générique.

Symboles
Tableau de [real, string] (signifiant [magnitude, symbol]) qui liste tous les symbols connus par FreeCAD. Grâce à ce tableau, l'API de mise à l'échelle des unités devient plus ergonomique car les symboles et les magnitudes associées sont liés.

Ce tableau peut être étendu si nécessaire.

Par exemple, la liste des symboles de l'unité de longueur, et ses associés de grandeurs (magnitudes) est :

[1e+12,"Tm"],[1e+09,"Gm"],[1e+06,"Mm"], [1e+03,"km"],[1e+02,"hm"],[1e+01,"dam"], [1e+00,"m"],[1e-01,"dm"],[1e-02,"cm"], [1e-03,"mm"],[1e-06,"µm"],[1e-09,"nm"], [1e-12,"pm"],[1e-15,"fm"]

Les symboles standards peuvent être trouvés sur le site de NIST pages 23 à 26 et page 32 (metric ton ou tonne ) du The International System of Units (SI).

Dictionnaire des unités
Toutes les unités disponibles dans FreeCAD, et les nouvelles unités créées par l'utilisateur, doivent être stockées dans le dictionnaire des unités, qui est un fichier XML (fichier de configuration de FreeCAD), afin d'être récupérées en cas de besoin, c'est à dire lors de la mise à l'échelle des unités.

Unités
Tableau d'unités, contenu dans unit dictionary (le dictionnaire d'unités).

Unit system
Un système d'unités est l'objet qui permet à l'utilisateur de définir l'unité courante magnitude de chaque unité de base avec laquelle il travaille. Par exemple, sachant que l'utilisateur travaille avec le millimètre, la tonne, et la seconde, grâce à l'utilisation d'un système d'unités, FreeCAD peut savoir que l'énergie est exprimée en termes de milliJoule, la force en termes de Newton, et la contrainte en termes de MegaPascal. Ainsi, un système d'unités n'est défini que par un nom (par exemple Système d'unités standard) et un tableau de magnitude spécifiant pour chacune des 7 unités de base, quelle est sa magnitude correspondante.

Nom
Chaîne permettant à l'utilisateur d'identifier quel est le système d'unités.

Magnitudes
En spécifiant la magnitude des 7 unités de base, on définit un système d'unités.

Par exemple [1e-03, 1e +03, 1, 1, 1, 1, 1], ce qui signifie, millimètre, tonne, seconde, ampère, kelvin, mole, candela.

Gestion de l'API des unités
Seule, la logique de certaines méthodes est présentée, afin de mettre en évidence certaines caractéristiques. Ces méthodes pourraient appartenir à un objet appelé, Unit manager (gestionnaire d'Unités).

isValid
Le dictionnaire des unité peut être un fichier .XML (fichier de configuration de FreeCAD). Il contient une liste d'unités définies. Un tel dictionnaire, est nécessaire pour le système de gestion des unités proposées pour travailler.

Il faut remplir certaines conditions qui doivent être vérifiées avant d'activer le système de gestion d'unités.

Ces conditions sont les suivantes :
 * vérifier que toutes les unités de base sont définies.
 * vérifier que la grandeur n'est pas définie deux fois dans les unités.
 * vérifier que le symbole n'est pas défini deux fois dans tous les symboles existants.
 * vérifier que les signatures de toutes les unités ont toutes la même taille.
 * vérifier qu'un symbole standard (avec la grandeur fixée sur 1) est défini pour l'ensemble des unités

isCompatibleWithThisSignature
Un dictionnaire d'unités, définit un ensemble d'unités, et, leurs grandeurs connues. Lors de la gestion d'une unité, il est important de vérifier, que sa signature est compatible avec l'ensemble des unités enregistrées dans le dictionnaire des unités, pour pouvoir les traiter.

Ce contrôle comprend :


 * Vérifiez que la longueur de la signature, est de la même taille que la signature de l'unité dans le dictionnaire.

scaleUnitFromSymbolToSymbol
Connaissant la valeur initiale d'une unité par son symbole, le symbole, de l'unité cible, donne la valeur de l'échelle.

scaleUnitFromSymbolToUnitSystem
Connaissant la valeur initiale d'une unité par son symbole, le système d'unité cible, donne la valeur de l'échelle.

scaleUnitFromUnitSystemToSymbol
Connaissant une valeur initiale, d'un système unitaire, le symbole, de l'unité cible, donne la valeur de l'échelle.

Les motivations pour une telle gestion : exemple d'application
Supposons, que nous allons mettre en place un modèle d'éléments finis. Pour construire notre modèle, nous avons besoin de mailles (mesh), de propriétés de matériaux, et de définir les paramètres numériques. Considérant qu'il peut y avoir des dizaines de propriétés de matériaux à gérer, exprimées avec des unités différentes, parfois pas toujours très communes, il est intéressant pour l'utilisateur de n'avoir à spécifier, qu'un système global d'unité, sans trop de soucis.

FreeCAD, ferait alors tout simplement le travail.

Comme les développeurs, et, les utilisateurs de FreeCAD, ne connaissent pas nécessairement toutes les unités, qui peuvent être définies dans les fichiers de propriétés des matériaux, il est intéressant de s'appuyer sur un système générique.

Supposons que dans un tel fichier, nous avons un bon nombre de propriétés de matériaux exotiques, exprimés avec des unités exotiques, et, que nous voulons travailler dans un système d'unité spécifique.

Avec le projet d'extension d'échelle, il est facile de donner une de ces propriétés, en connaissant leurs signatures de grandeurs, et le système d'unité ciblée.

Pour chacune des propriétés, la mise à l'échelle est obtenue en multipliant la valeur de la propriété initiale avec le facteur $$\frac{GrandeurInitiale}{GrandeurCible}$$.

La GrandeurCible est alors simplement obtenue, avec l'opération $$\prod_{bu} targetMagnitude_{bu}^{signature_{bu}}$$, ou bu est l'unité de base permanente.

Il devient ainsi très facile, de gérer un grand nombre de propriétés avec n'importe quels types d'unités, et, avec très peu de code Python.

Voir aussi

 * La page Expressions pour une liste de toutes les unités connues.
 * La documentation de Quantity.
 * L'outil Std Convertisseur d'unités.