GPA140 L’ingénieur en production automatisée

1. GPA140 L’ingénieur en production automatisée Conçu par Guy Gauthier (août 2001) Modifié par Pascal Côté & Jacques-André Landry (2002, 2003, 2004), Ilian Bonev (2005)

2. Plan de cours

3. Encadrement Mon expertise : robots parallèles Mes coordonnées Courriel : ilian.bonev@etsmtl.ca Tél. : poste 8403 Local : 3736

4. Encadrement (suite) Exemple de robot parallèleRobot de transfert Tripteron (Université Laval)

6. Objectifs spécifiques • automates programmables ; • la logique booléenne ; • les diagrammes échelle ; • le langage GRAFCET ; • le GEMMA.

7. Évaluation • Laboratoire 1 : 5 % • Laboratoire 2 : 10 % • Laboratoire 3 : 10 % • Projet : rapport (30 mars) 10 % oral (30 mars et 6 avril) 5 % • Intra : (23 février) 25 % • Final : 35 % ?

8. Documentation • Notes de cours disponibles sur le site Web :www.gpa.etsmtl.ca/cours/gpa140

9. Cours 1 : Introduction

11. Historique – Définitions • Selon les techniciens : « L’automatisation consiste à rendre automatique les opérations qui exigeaient auparavant l’intervention humaine » Encyclopédia Universalis • Une autre définition : « L’automatisation est considérée comme l’étape d ’un progrès technique où apparaissent des dispositifs techniques susceptibles de seconder l’homme, non seulement dans ses efforts musculaires, mais également dans son travail intellectuel de surveillance et de contrôle. » Encyclopédia Universalis

12. Historique – Les précurseurs • Blaise Pascal (1623—1662) :Automatisation du calcul(La pascaline)

13. Historique – Les précurseurs (suite) • Afin d’aider son père dans son travail d’administration fiscal Blaise Pascal invente une machine à additionner et soustraire. • Pour y arriver il a dû utiliser le principe de représentation des nombres en binaire! C’est la première fois que l’on applique ce genre de représentation.

14. Historique – Les précurseurs (suite) • On doit aussi à Blaise Pascal quelques découvertes importantes appliquées encore aujourd’hui en génie : • Pression atmosphérique : Étude sur le vide produit dans une colonne de mercure. • Calcul différentiel et intégral (MAT115!!!) : Étude sur les cycloïdes et les volumes de révolution.

15. Historique – Les précurseurs (suite) • Charles Babbage (1792—1871)Programmation des métiers à tisser Jacquard par carte perforée.

16. Historique – Les précurseurs (suite) • Les travaux de Babbage sont à l’origines de l’invention de l'ordinateur. • Il inventa le principe de la carte perforée qui sera utilisé au moins jusqu’à la fin des années 1970. • Afin de programmer les métiers à tisser il pensa à un calculateur universel possédant : • système de gestion entrées/sorties ; • mémorisation interne ; • transfert de données ; • organe de commandes ; • opérateur arithmétique. • Malheureusement la machine n’a jamais été implantée à cause de la technologie rudimentaire de l’époque.

17. Historique – Les industries • La naissance de la civilisation industrielle commence avec l’invention de la machine à vapeur (18e siècle). • La plupart des industries sont localisées en Angleterre. • Transformation du coton, fonte du fer. • Isaac Singer • Machine à coudre en 1851 • Hamilton Smith • Laveuse à linge en 1858

18. Historique – Les industries (suite) • Dès 1860, l’implantation à grande échelle des nouveaux moyens de transport (bateau à vapeur et train) fait exploser le commerce. • En dépit d’une énorme extraction de charbon, cette source ne suffit plus. On voit alors apparaître l’hydro-électricité et le pétrole. • En 1914, avant la première guerre mondiale, les automobiles sont de plus en plus populaires. C’est le début de la production en série.

19. Historique – Les industries (suite) • Henry Ford (1863—1947) : • Début d’une nouvelle forme d’usine (1908—1914) ; • Avec Ford, les États-Unis prennent une longueur d’avance sur les autres pays en ce qui concerne la production en série. Ford Quadricycle 1896 Ford Model T 1908

20. Historique – Les industries (suite)

21. Historique – Les industries (suite) • Les trois grandes contributions d’Henry Ford : 1) Les cellules de travail: Ce n’est plus les employés qui se déplacent mais la voiture qui avance le long de la chaîne de montage. (de 728 à 93 minutes par voiture !) 2) Application du principe de Taylor: Les ouvriers doivent être bien payés car ce sont eux qui seront les plus susceptibles d’acheter les voitures produites 3) Standardisation des pièces: Toutes les pièces doivent être interchangeables afin de permettre une maintenance et un assemblage plus facile. Introduction du contrôle de qualité et de la cotation fonctionnelle.

22. Historique – Les industries (suite) • L’industrie automobile contribue grandement à l’essor de l’automatisation. • Vers 1960 l’industrie automobile a besoin d’un contrôleur reprogrammable pour permettre une plus grande flexibilité des chaînes de production. • C’est la naissance des automates programmables!

23. Historique – Aujourd’hui • Depuis les années 60 les ordinateurs sont en pleine expansion et sont intégrés à part entière dans tous les processus d’une entreprise. • Avec la lutte féroce qui ce joue, les entreprises ne doivent pas seulement optimiser les équipements, mais aussi la façon d’intégrer le marché et la façon de gérer leur entreprise. • Tous ces aspects vous seront montrés tout au long de votre baccalauréat en GPA!

24. Buts de l’automatisation • Éliminer les tâches répétitives ou sans intérêt(ex: lavage du linge ou de la vaisselle…) • Simplifier le travail de l'humain(Toute une séquence d’opération remplacée par l’appui sur un poussoir) • Augmenter la sécurité(Éviter les catastrophes)

25. Buts de l’automatisation (suite) • Accroître la productivité(cadences de production plus élevées, pas de fatigue) • Économiser les matières premières et l'énergie(production plus efficace) • Maintenir la qualité

26. Conséquences de l’automatisation • Augmentation du taux de production • Diminution du coût d’achat des produits • Uniformité dans les produits manufacturés • Réduction des accidents de travail • Opérations hasardeuses possibles !

27. Conséquences de l’automatisation (…) • Diminution des emplois… • On remarque une diminution de la main d’œuvre par unité produite. • Diminution des emplois pour travailleurs non qualifiés et augmentation des emplois pour les travailleurs qualifiés • Certains types d’emplois deviennent très monotones et répétitifs(ex: inspection et surveillance des machines) !

28. Structure d’un automatisme

29. Structure d’un automatisme (suite) • La partie commande • Automates programmables • Séquenceurs(électromécaniques ou pneumatiques) • Microcontrôleurs • Cartes dédiées • Etc.

30. Structure d’un automatisme (suite) • La partie opérative • Moteurs électriques (CA ou CC) • Vérins (pneumatiques ou hydrauliques) • Vannes (électriques ou pneumatiques) • Éléments chauffants • Etc.

31. Structure d’un automatisme (suite) • La partie relation • Panneaux de commande • Voyants, indicateurs • Poussoirs, sélecteurs • Interfaces Homme-Machine • Alarmes • Etc.

32. Structure d’un automatisme (suite) • Ces trois parties comprennent : • Des fonctions ou organes binaires ; • Des fonctions de logique combinatoire ; • Des fonctions de logique séquentielle.

33. Structure d’un automatisme (suite) • La logique combinatoire • Définition : L’état logique des sorties est fonction de l'état des entrées • Applications : • Circuits de sécurité et de verrouillage • Systèmes séquentiels simples • Méthode de résolution : • Tables de Karnaugh ou de Mahoney

34. Structure d’un automatisme (suite) • La logique séquentielle • Définition : L’état logique des sorties est fonction de l'état des entrées et du passé du système • Applications : • Toutes tâches de nature séquentielle • Méthode de résolution : • Méthode basée sur la logique combinatoire • Méthodes intuitives (géométriques) • GRAFCET

35. Structure d’un automatisme (suite) • Les tâches de l’automaticien sont : • de comprendre ; • de concevoir. • Ses outils sont : • Le GRAFCET ; • Le GEMMA ; • Des guides de choix technologiques.

36. Structure d’un automatisme (suite) • Le cahier des charges • C’est un contrat entre le client et le fournisseur. • Il définit les clauses : • Juridiques(responsabilités, accidents, ...) • Commerciales(prix, garanties, …) • Financières • Techniques

37. Structure d’un automatisme (suite) • Les spécifications techniques • Fonctionnelles : • Description du comportement de la partie commandevis-à-vis la partie opérative et du monde extérieur ; • On ne préjuge en aucune façon des technologies qui seront mises en œuvre. • Outil correspondant : Le GRAFCET

38. Structure d’un automatisme (suite) • Le GRAFCET • Acronyme de GRAphe Fonctionnel de Commande d’Étape-Transition • Représentation graphique des divers états de fonctionnement • Considère le cas idéal : pas de problèmes, pas de défaillances…

39. Structure d’un automatisme (suite) • Les spécifications techniques • Opérationnelles : • Se rapportent au fonctionnement de l’automatisme au cours de l’exploitation. • Outil correspondant : Le GEMMA

40. Structure d’un automatisme (suite) • Le GEMMA • Acronyme de Guide d’Étude des Modes de Marches et d’Arrêts • Représentation graphique des divers états de fonctionnement, d'arrêt et de défaillance d'un automatisme. • Spécifications opérationnelles : • Fiabilité, disponibilité, maintenance ; • Dialogue homme-machine.

41. Cours 1 : Automates programmables

42. Origines Aux États-Unis, vers 1969, l’industrie automobile demande un contrôleur reprogrammable

43. Cahier des charges • Condition d’utilisation en milieu industriel :bruit électrique, poussière, température, humidité, … • Simplicité de mise en œuvre :doit être utilisable par le personnel en place, programmation facile • Coûts acceptables Contexte (Dans les années ‘60) : • les ordinateurs exigent un environnement particulier • les ordinateurs sont d’un coût astronomique • les ordinateurs sont d’une utilisation complexe

44. Cahier des charges (suite) • Variété et nombre des entrées/sorties • Grandeur physique • tension, courant, etc. • pression, débit, etc. • Nature • analogique • numérique (« digital ») • logique (tout ou rien, « discrete »)

45. Spécifications actuelles • E/S standards (logiques) • 5 Volts (CC) • 12 Volts (CC) • 24 Volts (CA, CC) • 48 Volts (CA, CC) • 120 Volts (CA, CC) • 230 Volts (CA, CC) • 100 Volts (CC) • E/S standards (analogiques) • 0 à 5 V • 0 à 10 V • −5 à +5 V • −10 à +10 V • 0 à 20 mA • 4 à 20 mA • Langage de programmation très simple (diagramme échelle, « ladder ») • Prix accessible (100$–1000$)

46. Les précurseurs • Allen Bradley(60% du marché Nord-Américain) • Siemens • ALSPA (1971 - France) • Modicon • Télémécanique (1971 - France)

47. Organisation fonctionnelle Schéma de l’automate

48. Organisation fonctionnelle (suite) Sortie DC Automate non-modulaire Entrées/Sorties Digitales Entrées DC Mémoire

49. Organisation fonctionnelle (suite) Automates modulaires

50. Module d’alimentation Ce module génère l’ensemble des tensions nécessaires au bon fonctionnement de l’automatisme