S.I.I. ET DEMARCHE DE CONCEPTION

1. S.I.I. ET DEMARCHE DE CONCEPTION L’environnement numérique au service de l’analyse et la conception des systèmes industriels Jean Marie Reynaud - Lycée Chevrollier Angers Luc Launay - IA-IPR Académie de Nantes

2. Le contexte du professeur En référence aux textes du programme … • L’enseignement des S.I.I. en P.T.S.I. et P.T. s’intéresse aux outils et méthodes d’analyse etde conception, au comportement et à la réalisation de systèmes industriels pluritechniques… répondant à un besoin exprimé.

3. CONC-IND-PROD Le contexte de la démarche Faire juste du premier coup ! Contexte Contraintes : suite d ’étapes Seul ce qui va poser problème doit être regardé Résultat : « le produit »

4. CONC-IND-PROD L’enjeu de la démarche Rendre utile chaque étape Contraintes Organiser un enchaînement d ’étapes dédiées

5. CONC-IND-PROD L’enjeu de la démarche Le juste nécessaire à chaque étape Contraintes Adapter l ’exigence au degré de progression du projet

6. L’enjeu de la démarche En résumé … • Le souci constant de l’ingénieur est donc de conduire son étude à un résultat maîtrisé, adapté en terme de finesse d’investigation. • L’aptitude de l’ingénieur doit être grande en terme : • d’innovation ; • de complexité ; • d’écarts ; • de compromis.

7. Optimiser la conception d’un système « La réunion de sous-ensembles optimaux ne constitue pas un ensemble optimal » (Théorème de Bellmann)

8. 3 2 Problématique Industrielle Cahier des Charges Fonctionnel, … Support Industriel 1 4 Modélisation 5 Simulation / Calcul / Expérimentation 6 2 7 Support Industriel Validation Interprétation des écarts Une démarche générale en S.I.I. Proposition pédagogique Authentique Contemporain

9. Proposition pédagogique Le support industriel L'actualité du support industriel conditionne la réalité du problème technique proposé : • bonne connaissance du système, des évolutions et modifications techniques qui ont déterminé les choix constructifs au sein du support ; • CdCF élément essentiel de la dimension industrielle.

10. 3 1 Problématique Industrielle Cahier des Charges Fonctionnel, … Situation problème industrielle 1 4 Modélisation 5 Simulation / Calcul / Expérimentation 6 2 7 Support Industriel Validation Interprétation des écarts Une démarche générale en S.I.I. Proposition pédagogique Authentique Contemporain

11. Proposition pédagogique La situation problème Le support industriel est exploité pédagogiquement au travers d’une situation problème. Un questionnement ou une problématique qui garantit • l’authenticité du problème technique ; • la légitimité de l’étude : • la vraisemblance des résultats obtenus. L’étudiant apprécie alors naturellement, l’intérêt de la démarche suivie et l’utilité des outils qui lui sont enseignés.

12. 3 3 Problématique Industrielle Cahier des Charges Fonctionnel, … Cahier des Charges Fonctionnel, … 1 4 Modélisation 5 Simulation / Calcul / Expérimentation 6 2 7 Support Industriel Validation Interprétation des écarts La démarche générale en S.I.I. Proposition pédagogique Authentique Contemporain

13. Analyse Fonctionnelle en S.I.I. dérives à proscrire Ne pas inventer le fonctionnel

14. 3 4 Problématique Industrielle Cahier des Charges Fonctionnel, … Modélisation 1 4 Modélisation 5 Simulation / Calcul / Expérimentation 6 2 7 Support Industriel Validation Interprétation des écarts La démarche générale en S.I.I. Proposition pédagogique Authentique Contemporain

15. Proposition pédagogique La modélisation • La modélisation, représentation simplifiée et non simpliste de la réalité, autorise les investigations théoriques au regard du point de vue retenu et de la problématique industrielle posée. Considérer avec prudence, les modélisations « automatiques » proposées par certains logiciels, dans la mesure ou l’objectif de l’étude et le point de vue sont ignorés.

16. Système de soudage par friction inertielle MTI 480 Cahier des charges fonctionnel Moteur SNECMA GE 90 équipant les Boeing B777 Énergie de soudage (proportionnelle à la surface à souder) = 110 J mm-2 Pression desoudage = 360 MPa Vitesse circonférentielle = 100 m min-1 N = 150 tr/min F = 3,6 106 N I = 9300 kg.m2

17. pression p tr min-1 vitesse N déplacement x Volants d'inertie Ecrou Broche Chariot Vis Schéma hydraulique Vérin de poussée • Circuit de mise en accélération • Circuit d’alimentation du vérin de poussée Ciseaux Coulisseau Système de soudage par friction inertielle MTI 480

18. 3 5 Problématique Industrielle Cahier des Charges Fonctionnel, … Simulation / Calcul / Expérimentation 1 4 Modélisation 5 Calcul / Simulation / Expérimentation 6 2 7 Support Industriel Validation Interprétation des écarts La démarche générale en S.I.I. Proposition pédagogique Authentique Contemporain

19. Proposition pédagogique 3 activités essentielles 1) Le modèle de connaissance établi sera confronté avec intérêt aux résultats observés dans le cadre des TP, afin de développer une culture des ordres de grandeur. 2) L’exploitation numérique itérative, servie par la robustesse de la maquette, permettra de : • visualiser l’influence relative des différents paramètres, • d’étudier une configuration particulière, • d’optimiser, de rechercher une situation critique, • et dans le cadre d’une confrontation avec les TP d’effectuer un recalage des modèles.

20. Proposition pédagogique 3 activités essentielles 3) Les travaux pratiques, la manipulation et l’observation permettront de construire des modèles et d’identifier les termes caractéristiques associés à des comportements. • L’environnement numérique n’apparaît plus comme une boîte d’outils sophistiqués, mais comme un vecteur d’apprentissage essentiel. • Dans ce cadre, plus de virtuel ne peut engager qu’à mieux appréhender le réel.

21. Analyse fonctionnelle externe Diagramme des inter-acteurs En phase d ’utilisation FP1 : Déplacer et orienter une pièce FC1 : Se fixer au support FC2 : permettre la commande manuelle FC3 : permettre la commande par programmation FC4 : utiliser l'énergie disponible dans un atelier FC5 : ne pas perturber.

22. Analyse fonctionnelle externe Caractérisation des fonctions

23. Schéma cinématique spatial du robot Solutions envisageables : • Combinaison de rotations • Combinaison de translations • Combinaison de rotations et translations

24. Course 270° : • Vitesse maxi : 90°. s-1 • Accélération maxi : 324 °.s-2 • Temps d ’accélération mini : 355 ms ZONE DE L ’ETUDE Performances de l ’axe de lacet

25. Analyse fonctionnelle interne FAST FT1 : Tourner la chaise 1 par rapport au socle 0 Solutions associées Transformer l’énergie électrique en énergie mécanique Moteur à courant continu Réduire la vitesse de rotation et augmenter le couple Réducteur standard Adapter et transmettre intégralement le mouvement Poulies-courroie synchrone Guider les mouvements Liaisons pivot Capteur inductif TOR et codeur incrémental Capter la position de la chaise par rapport au socle Capter la vitesse de la chaise par rapport au socle Génératrice tachymétrique Asservir la position, la vitesse et l ’accélération Carte de commande...

26. Recherche d ’une solution cinématique Moto-réducteur lié au socle

27. Recherche d ’une solution cinématique Moto-réducteur lié à la chaise

28. Recherche d ’une solution cinématique

29. Recherche d ’une solution cinématique Choix d ’une solution

30. Recherche d ’une solution cinématique Solution retenue A - Rechercher et choisir une solution

31. Pré-dimensionnement Essai avec inertie estimée Influence de la densité matériau B - Pré-dimensionner des composants

32. Pré-dimensionnement Essai avec inertie estimée

33. Pré-dimensionnement Moteur à courant continu D’après document PAVEX Calculs complémentaires

34. Pré-dimensionnement Moteur à courant continu D’après document PARVEX Calculs complémentaires Le couple nécessaire en entraînement direct est de 17 Nm pour un bras en acier Soit une puissance maximale de 26 W à l'instant où la vitesse de rotation atteint 90°. s-1.

35. Pré-dimensionnement Réducteur harmonic Drive « Sous carter » D’après document GAMMATIC Vitesse maximale d’entrée (lubrification à la graisse) : 5000 tr/min

36. Pré-dimensionnement Poulies courroie synchrones La transmission poulie-courroie doit avoir une réduction de 3,3

37. Zone de fonctionnement intermittent Zone de fonctionnement permanent Pré-dimensionnement Limites d ’utilisation d ’un moteur CC

38. Le moteur s'échauffe à cause des pertes par effet joule La puissance moyenne sur un cycle est : le couple thermique équivalent Avec Pré-dimensionnement Limites d ’utilisation d ’un moteur

39. Pré-dimensionnement Vérification moteur

40. Pré-dimensionnement Vérification moteur

41. Bride Rondelle d ’adaptation Circlips Boîtier excentrique Bride Poulie motrice Moteur Parvex Réducteur Harmonic Drive Roulement Arbre moteur Pré-dimensionnement Moto-réducteur de lacet

42. Pré-dimensionnement Poulie réceptrice

43. Pré-dimensionnement Éléments pré-dimensionnés

44. Recherche d ’une solution constructive Schémas technologiques Ces schémas peuvent bien sur être tracés à main levée C - Rendre possible la comparaison entre différentes solutions techniques à une même fonction technique

45. Etape 4 Simulations numérique Etape 3 Squelette volumique fonctionnel ou Etape 1 Mise en place des éléments connus Etape 2 Esquisses contraintes (contours 2D) Squelette volumique fonctionnel optimisé • éléments standards • pièces ou sous-ensembles existants conception reconception Démarche de modélisation 3D d’un ensemble Du principe de solution optimisée au squelette volumique fonctionnel Schéma technologique, croquis à main levée ; …

46. Démarche de modélisation 3D d’un ensemble Esquisse de conception à main levée D - Proposer une solution constructive

47. Démarche de modélisation 3D d’un ensemble La conception hors assemblage

48. Démarche de modélisation 3D d’un ensemble La conception dans l’assemblage

49. Démarche de modélisation 3D d’un ensemble Combinaison des modes ascendant et descendant

50. Dessin à main levée Esquisse sur logiciel 3D Résultats Démarche de modélisation 3D d’un ensemble Modélisation d ’une pièce isolée