Mécatronique

7/28/2019 Mcatronique

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Programme pdagogiquede mcatronique

Partie III/ III

Cours pour licence,Ingnieur de techniquesappliques / Formation

des formateurs


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Auteur: Prof. Dr.-Ing. Johannes SteinbrunnUniversit des Sciences AppliquesKempten, Allemagne

Illustrations: Doris SchwarzenbergerMaquette: 20.12.2005, Maggie Schwarz

Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf/ Allemagne, 2005Site web: www.festo-didactic.comCourriel: [email protected]

La copie, la distribution et luti lisation de ce document, ainsi que lacommunication de son contenu des tiers sans autorisation expressesont interdites. Les contrevenants seront passibles du paiement dedommages et intrts. Tous droits rservs, en particulier le droitd'uti liser brevet, maquette, ou lenregistrement de la conceptiongraphique.


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Festo Didactic GmbH & Co. KG Cours pour licence / Formation des formateurs en mcatronique 3

Programme denseignement de la mcatronique

Les limites de lingnierie classique sont devenues indiscernables avec lavnementdes nouvelles technologies de linformation et des sciences informatiques. Cela estdautant plus vrai dans les domaines de la mcanique et de llectronique o lesapplications actuelles consistent en une combinaison de ces deux disciplines. Latechnologie a largi le domaine de llectromcanique en donnant naissance desspcialits interdisciplinaires telle que la mcatronique. Gnie relativementnouveau, la mcatronique intgre la mcanique et llectronique, sappuyant surlusage intensif de linformatique et utilisant une approche multidisciplinaire dans lebut de concevoir des systmes de production.

De nos jours, les systmes dingnierie, mettant en jeu diverses disciplines,ncessitent des ingnieurs multidisciplinaires capables de sadapter aux diffrentssystmes. Aussi, les ingnieurs et les techniciens exerant dans le domaine de lamcatronique nchappent-ils pas cette rgle. De plus en plus d industries dehaute technologie dlocalisent la fabrication et lassemblage dans les paysmergents, si bien que la demande en main duvre et en techniciens qualifis esten constante augmentation. Cependant, les systmes ducatifs et de formationprofessionnelle dans plusieurs de ces pays sont loin dtre en mesure de relever lesdfis industriels davenir dans le domaine de la mcatronique. lISESCO et Festo

Didactic Allemagne se sont rendu compte de l inadquation qui existe entre lesdemandes industrielles et le savoir transmis dans le domaine de la mcatroniqueaux diffrents niveaux de lenseignement, et se sont engags, dune part, laborerune srie de programmes denseignement destins rpondre aux besoins enressources humaines dans le domaine de la mcatronique et contribuer, dautrepart, la cration dexcellentes opportunits dans les domaines de l industrie.

Les programmes denseignement en mcatronique intituls enseignementprofessionnel/ tudes de technicien/ tudes de licence font partie de la srie deprogrammes denseignement de la mcatronique, destins tablir la structureprincipale du systme mcatronique, la prvision des besoins denseignement

actuels et futurs, une valuation gnrale des modules ncessaires avancs, lesbesoins en quipements de laboratoires et enfin, les critres dentre et lvaluationen fin de formation. Le programme denseignement se base sur lacquisition duneexprience pratique en formation professionnelle et sur les opportunits deplacement dans le secteur industriel travers limplication dans divers projetsinternationaux.

Avant-propos


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Avant-propos

4 Festo Didactic GmbH & Co. KG Cours pour licence / Formation des formateurs en mcatronique

Nous esprons que cette srie de programmes denseignement contribuera lapromotion de l intgration de la mcatronique dans les systmes denseignement etde formation professionnelle dans les Etats membres de lISESCO et facilitera laccsdes instituts de formation aux donnes et aux rsultats scientifiques actualiss mme dtablir un environnement pdagogique moderne.

Dr. Abdulaziz Othman Altwaijri Theodor NiehausDirecteur General, ISESCO Directeur GeneralOrganisation islamique pour lEducation, Festo Didactic GmbH & Co. KGles Sciences et la Culture, Maroc Allemagne


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Introduction__________________________________________________________ 6

Structure d'un systme mcatronique_____________________________________ 7

Formation en mcatronique _____________________________________________ 8

Programme pdagogique ______________________________________________ 101. Bases requises pour les cours de formation initiale (tudiants) __________ 102. Bases requises pour la formation suprieure_________________________ 133. Matires des cours en formation initiale_____________________________ 134. Programme du cours suivant les modules du chapitre 3 ________________ 175. Modules de la formation continue__________________________________ 276. Laboratoires et quipement pour les cours de formation initiale et

pour la formation continue________________________________________ 347. Conditions dadmission __________________________________________ 358. Examens sur les matires_________________________________________ 35

Proposition d'quipement pour un centre de mcatronique __________________ 36

Table des matires


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La mcatronique est devenue une matire cl pour beaucoup de produits etprocessus divers. Les systmes modernes ont atteint un tel niveau de sophisticationquil aurait t difficile d'imaginer l utilisation des mthodes traditionnelles. Lamcatronique intgre les domaines classiques de lingnierie mcanique, delingnierie lectrique, de lingnierie informatique et de la technologie del' information [cf Fig.1] pour tablir les principes de base dune mthodologiecontemporaine de conception de l ingnierie. Un secteur de concentration de lamcatronique dans le programme d'tudes techniques devrait favoriser l' intgrationsynergique de la mcanique de prcision, des commandes lectroniques et dessystmes dintelligence artificielle dans la conception, la mise en marche,lexploitation, la maintenance et la rparation des produits et des processus" intelligents" .L'importance de la mcatronique va crotre davantage en raison de la demande duconsommateur, ce qui produira d'excellentes opportunits d'emploi pour lesouvriers, les techniciens et les ingnieurs comptents.En consquence, plusieurs coles de formation professionnelle et technique dans lemonde entier ont introduit de nouveaux programmes d'tudes de mcatroniquepour offrir les cours appropris.

Fig. 1: Composants principaux de la mcatronique

Introduction

Mcatronique

Informatique

ElectromcaniqueGniemcanique

Mcanique

Electrotechnique /

Electronique

Superviseurs de

micro-ordinateurs

CAO/FAO


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Il est important de prciser qu'un systme mcatronique est clos et ' intelligent' Il adonc besoin de capteurs pour mesurer les valeurs physiques et dactionneurs pourintervenir sur les grandeurs physiques d'un processus physique / technique. Laquestion essentielle est comment intervenir ; cette tche est effectue par unordinateur laide dun programme informatique. La structure gnrale d'unsystme mcatronique est donne par la Fig. 2. Dans cette structure, il apparatclairement le contenu essentiel pour une formation professionnelle.

Fig. 2: Structure de principe d'un systme mcatronique

Les processus physiques / techniques sont dfinis en fonction de l' environnementindustriel. Il peut sagir de processus chimiques, lectriques, biologiques, etc. Dansle cas prsent, il sagit de processus mcaniques qui prvalent dans la viequotidienne. Les exemples en sont les robots, les machines-outils, les quipementsautomobiles, les dispositifs optiques et mdicaux, les quipements de fabrication,les machines demballage, les machines insrer les composants, les appareilslectroniques grand public, etc.Les capteurs mesurent des valeurs physiques comme la temprature, la pression,les tensions, les distances, etc. et les traitent lectroniquement. Les actionneursconservent ou changent les tats du processus et interviennent par des dispositifscomme les commandes lectriques, les semi-conducteurs, les commutateurs, lesvannes pneumatiques ou hydrauliques, etc. Les ordinateurs sont respectivementdes appareils autonomes ou des microprocesseurs simple puce et des systmes

superviseurs de micro-ordinateurs, qui fonctionnent avec des programmesinformatiques sophistiqus. Nanmoins lhomme subsiste. Il est le facteur

Structure d'un systme mcatronique

Lhomme

Ordinateurs pour traitement de

linformation

Processus physiques /

techniques

Alarme

(optique, acoustique)

Actionneurs

(intervention)Capteurs

(mesures)

Intervention manuelle

(urgence)


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prsentant le plus de risque dans la structure suivant la Fig. 2, mais demeurencessaire, car il est le seul lment qui puisse prendre les bonnes dcisions dansun tat critique du processus.

Les explications ci-dessus dmontrent les qualits ncessaires pour les enseignantsdes instituts de formation professionnelle appels former les tudiants dans ledomaine de la mcatronique. Ils ont besoin de connaissances interdisciplinaires surles matires essentielles dans ce domaine, bas sur la thorie exige dans lesdisciplines techniques fondamentales afin denseigner, dorienter et de superviserles tudiants un niveau avanc. Toutefois, ceci inclut galement une grandeexprience pratique cumule dans les placements en entreprise et les travaux deprojet bien organiss. Cest seulement en runissant ces conditions que les thmesimportants de maintenance et de rparation pour une large gamme de produits etd'quipements mcatroniques pourront tre dispenss, par le travaildenseignement aux tudiants dune manire exhaustive et avec succs.Dans cette perspective, le contenu d'un cours de mcatronique sanctionn parune licence, qui est la condition pralable obligatoire pour pouvoir enseigner dansles instituts professionnels, peut tre clairement dfini comme suit :

1. Des connaissances fondamentales en Mathmatiques

Physique Gnie mcanique et mcanique lectrotechnique et lectronique Technologie des matriaux

afin dassimiler, dcrire et concevoir les produits mcatroniques et pour calculer,mesurer et agir sur leur rendement, Il est galement important davoir desconnaissances fondamentales en ingnierie informatique, c.--d. en programmationavec un langage volu, et pouvoir faire un bon usage des ordinateurs comme outilstrs utiles pour rsoudre les problmes techniques.

Formation en mcatronique


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Formation en mcatronique


2. Des connaissances approfondies en Informatique, donc en programmation avance [Programmation oriente objet, ingnierie logicielle] Automatique/ systmes de commande Entretien et service Etudes informatiques [Technologies API, micro-ordinateurs] Systmes mcatroniques [processus, capteurs, actionneurs, applications] Technologies de fabrication Entretien et service Gestion de production [gestion des projets, cots]

pour analyser et valuer des produits mcatroniques donns, afin de mettre aupoint, fabriquer, entretenir et rparer les dispositi fs et les quipements de faonfiable et rentable.

3. Travail de laboratoire sur diffrents sujets dans 1. et 2.Il est de la plus haute importance deffectuer des expriences guides dans deslaboratoires bien quips pour une formation professionnelle dans le domaine de lamcatronique, afin de comprendre et dapprofondir les concepts thoriquesenseigns et transposer la thorie en des applications axes sur la pratique. Les

exposs thoriques seront appuys par des cours modernes d'enseignement enligne, d'une manire interactive et didactique.

4. Thmes spciaux dans diffrents domaines de mcatronique [sujets facultatifs]Une liste des divers thmes rels satisfait aussi bien les exigences de lindustrie queles intrts des tudiants, produisant un surcrot dattirance et de motivation.

5. Cours dintrt gnral Langues Projets sociaux [pdagogiques, didactiques] Relations humaines Qualifications diverses Sports Etc.

6. Travail sur le projet final travail en quipe de prfrence


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2 semestres par anne

16 18 semaines par semestre

Daprs les discussions intervenues avec les instituts chargs de la formationprofessionnelle dans plusieurs pays travers le monde, les conditions gnrales dela Fig. 3 sont prsumes remplies :

Fig. 3: Conditions gnrales pour la formation professionnelle des instructeurs

Programme pdagogique

1.Bases requises pour lecours rgulier [tudiants]

Etudiants

Cours formation initiale/ Licence

3 annes de modules et 0,5

anne de travail de projet

et/ ou de stage

Instructeurs

Formation continue

0,5 anne de modules compacts

16 18 modules de 30 h environ

jours, 4 5 jours par semaine et

3 mois de travail de projet

Licence en mcatronique

Instructeur linstitut de formation professionnelle


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La pondration entre les parties essentielles suivant la Fig. 1 est gale, c.--d.que la construction mcanique, llectrotechnique et l informatiquereprsentent approximativement 1/ 3 chacune.

Une anne est divise en 2 semestres, avec 18 20 semaines chacun. Les semestres comportent un maximum de 22 crdits, c.--d. quune anne

comprend 38 44 crdits ; alors que 1 priode [semestre] dexposs thoriques de 50 minutes par semaine

chacun, donne 1 crdit ; 2 3 priodes [semestre] de travail de laboratoire [travaux pratiques],

de 100 150 minutes chacune, donnent 1 crdit. Lensemble du cours comporte 3,5 annes, qui sont fractionnes en 7 semestres.

Un semestre le 6me est recommand pour le stage en industrie, o lestudiants sont en formation et exercent un emploi au sein dentreprisesspcialises. Le 7me semestre est consacr aux exposs, la ralisation duprojet final [travail de projet] et aux examens. En gnral, les tudiants accdentau 1er semestre lge de 17 18 ans environ, aprs avoir subi un testd'admission, et ils auront termin leur formation suprieure un ge de 21 22ans avec le diplme acadmique de licence en mcatronique.

Les exposs et les travaux de laboratoire sont dispenss pendant 5 jours parsemaine raison de 6 8 h par jour; 75 80% environ sont des sujets demcatronique, et les 20 25% restants des sujets particuliers et gnraux tels

que la pdagogie, la didactique, les langues, les projets sociaux, les sports, etc.

La Fig. 4 montre la structure du cours sanctionn par un diplme en mcatronique[Licence en mcatronique].


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Fig. 4: Configuration du cours de licence en mcatronique

annes semestres Contenu

Age des tudiants :

17 18 ans

73.5

3

2

1

5

4

3

2

1

6

Exposs/ travail de laboratoire




Placement en entreprise/travail sur projet


Exposs/Mmoire de licence/ examens

En usine ou en universit

Age des tudiants :

21 22 ans

Licence en mcatronique


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Les instructeurs qualifis des instituts de formation professionnelle, ayant reu parle pass une formation suprieure dans diffrents domaines techniques [une licenceau minimum], peuvent poursuivre ou opter pour une formation suprieure enmcatronique. Cela est profitable galement aux nouveaux diplms qui viennentde finir leur formation suprieure dans un domaine technique et veulent augmenterleurs chances de trouver un travail prometteur dans un institut professionnel.D' autre part, il est recommand pour les instructeurs qui sont dj employs dansdes instituts professionnels et veulent mettre jour leurs connaissances dans dessujets techniques particuliers [modules], comme la mcatronique de pointe.

La condition gnrale pour cette formation de licenci est galement illustre en Fig.3 La dure est de 0,5 anne [1 semestre] auquel sajoute une priode de 3 moispour le travail de projet. Le cours est conu en une structure modulaire. Chaquemodule comporte 30 h environ et dure 4 5 jours, raison de 6 8 h par jour enmoyenne. Il ne comporte pas de cours dintrt gnral. La dure d'un semestre estde 16 18 semaines, c.--d. quun nombre gal de modules est ncessaire pour finirla formation suprieure avec le diplme de Licence en mcatronique. En outre, lastructure modulaire prsente un avantage pour les instructeurs des instituts deformation professionnelle, qui reoivent un certi ficat pour chaque module suivi avecsuccs, mme lorsqu'ils ne terminent pas compltement le cours de formationsuprieure. Munis des certificats pour les modules suivis avec succs, les

instructeurs peuvent se prvaloir dune qualification suprieure dans certains sujetsde mcatronique et peuvent aussi tre employs dans lenseignement de cettenouvelle discipline par leurs insti tuts de formation professionnelle.

Le tableau suivant montre les agencements des heures et des crdits du 1ersemestre au 7me semestre. Le 6me semestre sert de priode axe sur la pratique. Siln'y a pas suffisamment d' endroits disponibles dans les socits appropries, lestravaux du projet final [mmoire de licence] sont alors mens dans les laboratoiresde luniversit comme travail de projet [travail en quipe]. Un placement industrielest profitable tant aux tudiants quaux entreprises. Il donne aux deux parties

l' occasion de se connatre mutuellement, de trouver les emplois propices, ou derecruter les ingnieurs qualifis en mcatronique.Le nombre total d'heures est de 141 [40 h par semaine] et les crdits sont de 136points. Notez que les cours thoriques sont crdits entirement tandis que les heuresde formation pratique [travail de laboratoire] sont crdites en partie.La liste des sujets du chapitre n 11 Matires spciales en mcatronique peut tremise jour chaque semestre, c.--d. que de nouveaux sujets importants peuvent treajouts et d'autres enlevs au besoin. Un moyen trs efficace de transfert du savoir-faire industriel pratique aux tudiants est l' emploi dexperts qualifis issus desentreprises comme instructeurs affects l' institut de formation professionnelle.

2.Bases requises pour laformation continue

3.Matires ducours de formatioinitiale


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N Sujets 1 2 3 4 5 6 7

h cr h cr h cr h cr h cr H cr h cr

1 Mathmatiques 3 3 3 3

2 Physique

2.1 Physique applique 2 2 2 2

2.2 Travail de laboratoire 2 1

3 Mcanique

3.1 Notions de base en mcanique 3 3 2 2

3.2 Mcanique avance 3 3


4 Electrotechnique et lectronique

4.1 Gnie lectrique 3 3 2 2

4.2 Electrotechnique industrielle 3 3

4.3 Travail de laboratoire 2 1 2 1

5 Informatique

5.1 Notions de base en programmation 3 3 3 3

5.2 Programmation volue 3 3


6 Ingnierie informatique

6.1 Systmes de micro-ordinateurs 2 2 2 2

6.1.1 Travail de laboratoire 2 1

6.2 Systmes API 2 2 3 3


7 Systmes mcatroniques de capteurs et

dactionneurs7.1 Technologie des capteurs 3 3

7.2 Technologie des actionneurs 2 2 3 3

7.3 Travail de laboratoire 2 1 2 1

Travaildeprojetet/ouplacementindustriel:20semaines


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N Sujets 1 2 3 4 5 6 7

h cr h cr h cr h cr h cr H cr h cr

8 Maintenance des systmes

mcatroniques

8.1 Assemblage et mise en marche 2 2

8.2 Ingnierie des circuits 2 3

8.3 Essai et dpannage 3 3


8.4 Tl service 2 28.5 Techniques et normes de scurit 2 2

9 Technologie de fabrication

9.1 Processus de fabrication 2 2 2 2

9.2 Conception assiste par ordinateur

CAO/FAO/CIM

2 2


10 Technologie de commande

10.1 Technologie et systmes de commande 3 3 2 2


11 Thmes spciaux en mcatronique 4 4

12 Cours dintrt gnral

12.1 Langues 3 3 3 3

12.2 Cours pdagogiques 2 2 2 2 5 5 4 4 4 4 5 5

13 Projet final [Mmoire de licence] 5 3

14 Somme des heures et des crdits 23 21 22 21 24 21 24 22 24 21 24 20

14.1 Somme totale des heures 141

14.2 Somme totale des crdits

Travaildeproje

tet/ouplacementindustriel:20semaines

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On peut supposer que les laboratoires et l 'quipement de rfrence pour les thmesde base tels que la physique, la mcanique, llectrotechnique, etc. sont djdisponibles, au moins en partie. La mise niveau et au besoin leperfectionnement de nouvelles expriences pratiques sur ces sujets de base est duressort de l' Institut de formation professionnelle intress [luniversit]. Lesappareillages exprimentaux importants de formation, qui servent de supportspdagogiques aux cours thoriques, en particulier en mcatronique, comme lescours dinformatique, la technologie des capteurs et des actionneurs, les systmesmcatroniques, l'automatique, etc. doivent encore tre mis au point, conus, et misen uvre par le corps enseignant avec laide du fournisseur. Naturellement celaimplique galement la fourniture des instructions et des explications crites, desmanuels denseignement, etc. destins aux tudiants. Les exposs thoriques ensalles de classe seront assurs par des instructeurs et par un enseignement en lignecomplmentaire et didactique. Les dispositi fs, l'quipement, les installations, etc.pour les expriences doivent respecter l' environnement industriel. Il faut viterlachat dquipement " ludique" pour essayer de faire des conomies afin d'viterles situations de fonctionnement compliques ou mme dangereuses.

Les tudiants, en particulier dans les semestres suprieurs, doivent shabituer l'quipement qu' ils auront utiliser plus tard dans lindustrie ou en tantquinstructeurs dans les instituts de formation professionnelle. Surtout, il est

essentiel que les tudiants puissent manipuler, c.--d. faire fonctionner de faonindpendante l'quipement exprimental. Cela signifie que les expriences doiventtre conues de telle manire qu'elles soient bien agences et pas tropcompliques, et galement viter qu'elles soient juste effectues pour ladmonstration. Les systmes complexes de matriel mcatronique, commelquipement industriel gr en rseau, doivent prsenter une structure modulaireo chaque module peut tre actionn comme unit spare et indpendante de latotalit de lappareillage complexe.


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N 1 Mathmatiques

Les tudiants ont une connaissance approfondie et une solide comprhension desnotions de mathmatiques lies la mcatronique. Ils peuvent appliquer les loismathmatiques, les modes de raisonnement et les mthodes pour rsoudre lesproblmes de mcatronique.

Notions fondamentales. Algbre l inaire. Fonctions et relations dune variable ; calcul diffrentiel et intgral ; mthodes

numriques. Fonctions et relations de plusieurs variables ; calcul di ffrentiel ; fonctions et

relations de variables complexes. Analyse vectorielle. Progressions ; convergence ; progressions de Taylor ; progressions relles et

complexes de Fourier. Equations diffrentielles; transformes dintgrales.

N 2 Physique

Aptitude comprendre le fond physique des problmes techniques complexes dansles systmes mcatroniques.

Thermodynamique ; lois et valeurs thermiques, processus simple circuit pour laconversion dnergie.

Fluides hydrauliques et pneumatiques. Optique et acoustique. Ondes et particules ; gnration et propagation des ondes mcaniques et

lectriques ; notions de base et applications de loptique et de lacoustiquedune onde.

Etats des lectrons dans les solides par des modles de bande. Physique des semi-conducteurs.

4.Programme du courssuivant les modules duChapitre 3

Objectif

Contenu

Objectif

Contenu


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N 3 Mcanique

Communication des connaissances, des principes et des mthodes des systmesmcaniques appliqus en mcatronique.

3.1 Notions fondamentales en mcanique

Statique des corps solides :notions fondamentales, axiomes et principes ; systme de forces ; calcul desforces internes et des moments des corps [grandeurs scantes].

Frottement. Rsistance des matriaux :

analyse des contraintes des pices de machine ; calcul de la tension et de ladformation admissibles ; lectrostatique ; corps exposs la flexion ;contraintes composes.

Comportement long terme des matriaux |relchement, retardement]. Conception :

reprsentation normalise des pices de machine ; tolrances et ajustements ;schmas techniques ; CAO ; description de la conception et l istes des pices.

Mini projets.

3.2 Mcanique avance

Cintique et cinmatique :Cintique des points de masse et des corps solides ; calcul des momentsdinertie pour les corps solides ; la cintique et la cinmatique des mouvementsgnraux ; la cinmatique des mouvements relatifs.

Oscillations :mthodes de reprsentation des processus doscillation [quationsdiffrentielles, domaine de temps et de frquence, fonction de transfert,

diagramme circulaire] ; oscillations masse simple et multiple. Bruits.

Objectif

Contenu

Contenu


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N 4 Electrotechnique et lectronique

Connaissances approfondies et trs bonne comprhension des lois physiques et desmthodes de calcul mathmatique.

4.1 Electrotechnique

Courant continu. [loi d'Ohm, loi de Kirchhoff] Champs lectriques et magntiques. Courant alternatif [diagramme de phase, etc.]. Composants passifs. Mthodes de calcul des circuits lectriques. Courant triphas. Transformateur. Puissance, nergie. Processus onde non sinusodale et rponses transitoires Signaux et traitement des signaux. Composants semi-conducteurs.

4.2 Electronique industrielle

Electronique de puissance. Circuits microlectroniques Composants et circuits numriques, logiques. Conception des circuits en CAO. Mesures de protection.

Objectif

Contenu

Contenu


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N 5 Informatique

Montage et mise en service dun systme de traitement de donnes ; connaissancedun langage de programmation volu ; conception systmatique et faisabilit desprojets logiciels ; principe de mise au point dalgorithmes et ut ilisation desstructures de donnes.

5.1 Notions de base en programmation

Programmation ; langage de programmation volu, conception des algorithmeset des structures de donnes, programmation structure.

Reprsentation et traitement de l information ; systmes de traitement dedonnes [fonctions, architectures, composants, systmes de fonctionnement,bases de donnes].

Conception logicielle ; environnement logiciel. Constitution et mise en service d'un systme dexploitation ; compilateurs,

diteurs de liens, programmes dbogueurs. Logiciel dapplication.

5.2 Programmation volue

Gnie logiciel ; mthodes et outi ls dans le modle de phase. Maintenance, documentation, interface doprateur, assurance qualit, mtrique

logicielle. Calcul ; analyse des systmes ; progiciels intgrs [out ils IIAO]. Programmation oriente objet ; mthodes de conception de systmes orients

objet ; mthode de conception TMO. Outi ls dappui ; bibliothque de composants.

Objectif

Contenu

Contenu


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N 6 Ingnierie informatique

Apti tude valuer les domaines d'application d'un systme de micro-ordinateurs, installer un systme d'uti lisateur de mcatronique et leprogrammer ; aptitude comprendre la structure, la programmation et lesdomaines d'application d'un systme API ; comprhension de la communicationde donnes et montage des rseaux informatiques ; valuation des bus ;connaissance de la manire dvaluer, dutiliser et de programmer un systme entemps rel.

6.1 Systmes de micro-ordinateurs

Architectures des microprocesseurs et composants priphriques. Programmation, volume de commandes, mulation. Langage dassembleur. Dbogage, essai.

6.2 Systmes API

Notions de base [configuration matrielle] dun systme API. Langages de programmation avec CEI 1131 (Commission lectrotechnique

internationale). Mise en uvre dun API. Programmation avec liste dinstructions, diagramme itrati f, diagramme de

fonctions. Application de la commande logique. Application de la commande srielle. Simulation des processus discontinus. Programmation API volue [institution des hirarchies]. Mise en rseau des diffrents processus de fabrication. Bus [Profibus, Ethernet, ASI, etc..]. Visualisation du processus. Tldiagnostic par Internet, GSM, etc.

Objectif

Contenu

Contenu


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N 7 Systmes mcatroniques de capteurs et dactionneurs

Mesures de signaux avec des capteurs et montage des chanes de mesure ; aptitude monter et valuer les caractristiques des actionneurs pour des applicationsmcatroniques ; aptitude choisir, combiner et concevoir les composants descommandes lectriques ; comprhension des circuits importants de l 'lectroniqueindustrielle en mcatronique.

7.1 Technologie des capteurs

Notions de base en mesure des grandeurs lectriques. Notions de base en mesure des grandeurs mcaniques. Notions de base en mesure des grandeurs optiques, acoustiques et thermiques. Analyse des erreurs de mesure. Manipulation d'un systme d'acquisition de donnes. Systmes intgrs de capteurs. Capteurs intelligents et miniaturisation. Mise en rseau des capteurs par des structures de bus. Systmes d'acquisition de donnes.

7.2 Technologie des actionneurs

Composants pneumatiques. Circuits fondamentaux en pneumatique. Conception et simulation des circuits pneumatiques. Asservissements pneumatiques. Composants et pompes hydrauliques. Circuits fondamentaux en hydraulique. Conception et simulation des circuits hydrauliques. Asservissements hydrauliques. Notions de base des servocommandes. Commandes C. C. Moteur pas pas. Moteur C. C. sans balais. Commandes d'alimentation pour les machines CNC. Miniaturisation.

Objectif

Contenu

Contenu


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N 8 Maintenance des systmes mcatroniques

Connaissance des principales grandeurs agissantes pour une gestion efficace de lamaintenance et du contrle qualit ; apti tude comprendre les circuits lectriqueset appliquer les mthodes de test et de dpannage ; communiquer le savoir-fairerelatif aux rgles et aux normes de scurit.

8.1 Assemblage et mise en marche

Assemblage et mise en marche dun appareillage CNC. Assemblage et mise en marche dun systme robot. Assemblage et mise en marche dun appareillage mcatronique de production.

8.2 Ingnierie des circuits

Conception des circuits. Application des outils de conception. Analyse des circuits.

8.3 Test et dpannage

Dpannage dun appareillage mcatronique de production. Dpannage dune machine CNC. Dpannage dun robot. Tests et mesures pour la compatibilit lectromagntique [tests CEM].

8.4 Tl service

Procdures de service par Internet, RNIS, etc. Applications logicielles.

8.5 Techniques et normes de scurit

Procdures de tests de scurit. Normes internationales et gestion de qualit.

Objectif

Contenu

Contenu

Contenu

Contenu

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N 9 Technologie de fabrication

Connaissance des mthodes de fabrication en mcatronique et leur choix techniqueet conomique ; application des outils logiciels.

9.1 Processus de fabrication

Procds de production [processus de travail des mtaux, cramique,semi-conducteurs] tournage, fraisage, coupe, perage etc.

Technologies des feuilles minces et des feuilles paisses. Traitement des matires plastiques.

9.2 Conception assiste par ordinateur CAO/ FAO/ CIM

Conception assiste par ordinateur. Mise au point et conception des composants, des dispositifs et de l 'quipement

laide des outils logiciels modernes [CAO, AUTO CAD, etc.] Planification, fabrication, assurance qualit avec la CIM. Application des mthodes EEI dans la technologie des contraintes.

Objectif

Contenu

Contenu


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N 10 Technologie de commande

Connaissance des mthodes de descript ion et de conception pour les systmes decommande technique dans le domaine du temps et de la frquence ; comprhensiondes mthodes dans la thorie des systmes et des mthodes numriques ensimulation.

10.1 Systmes de la technologie de commande

Notions de base en commande en boucle ferme [composants principaux]. Transforme de Fourier, t ransforme de Laplace. Stabilit, prcision, erreur d' tat d'quilibre. Conception des commandes. Contrle de point de consigne et des perturbations. Contrle de l'espace d'tat, contrle logique floue. Application des commandes analogiques [contrleurs P, PI, PID]. Commandes numriques : transforme en z. Applications des simulations. Commande analogique et numrique d'une commande C. C. Commande alatoire et non linaire.

N 11 Matires spciales en mcatronique

Les tudiants peuvent choisir dans une liste de sujets soit 1 sujet de 4 crdits ou 2sujets de 2 crdits. En outre, il est possible de choisir un expos thorique de 2crdits avec un travail de laboratoire de 2 crdits. Les points de crdit sont, de toutefaon, 4 points dans lensemble.

Suggestions pour la liste des sujets qui sont en liaison troi te avec lamcatronique :

Notions de base de technologie CNC. Programmation et manipulation des machines CNC. Communication au niveau des machines CNC. Notions de base en robotique. Programmation des robots [en sminaire]. Applications du manipulateur. Commande distance des vhicules. Applications de la FAO et de la CIM. Contrle qualit et gestion des cots.

Objectif

Contenu

Objectif

Contenu


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N 12 Cours dintrt gnral

La formation des tudiants en mcatronique appels devenir instructeurs dans lesinstituts de formation professionnelle doit comprendre des sujets non techniques,qui appartiennent principalement aux domaines linguistiques [12.1] etpdagogiques [12.2]. La dcision au sujet du nombre d'heures et de sa distributionsur les diffrents sujets relve de la comptence de la Facult concerne.

N 13 Projet final [Mmoire de Licence ; travail d'quipe]

Apti tude raliser, de faon autonome, un projet technique typique dune portelimite, dans le domaine mcatronique, selon une approche scientifique etmthodique. Apti tude reprsenter et documenter les rsultats de faonsystmatique.

Une quipe se compose de 4 tudiants.

Objet du projet : Montage d'un systme de production modulaire complet [MPS].

Projection et conception des diffrents composants.

Listes des pices, spcifications. Achat [virtuel] des composants. Gestion des dpenses. Assemblage. Interfaage. Mise en marche. Essais logiciels et matriels. Synchronisation des diffrents modules. Mesures de dpannage. Documentation. Livraison au client [virtuel].

Objectif

Objectif

Contenu


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Bien que les modules isols soient dans une large mesure indpendants, il estrecommand de suivre les modules dans l'ordre donn. Ce qui assure qu' il n'y aaucune lacune essentielle de connaissance ou d'exprience pour aborder unnouveau module. En outre, certains thmes mcatroniques comportent deuxmodules en raison de la densit du contenu. Les exercices, les expriencespratiques et le travail de projet sont effectus dans les laboratoires indiqus auchapitre 6.

Les instructeurs expriments peuvent prendre uniquement les modules simples leur convenance pour approfondir leur savoir-faire professionnel dans des domainestechniques particuliers. Ils reoivent des certificats s' ils suivent les modules avecsuccs. Tous les diffrents modules ont une dure de 4 5 jours chacun. Ils peuventtre proposs de faon trs flexible comme cours de jour ou comme cours du soir,ou ils peuvent mme tre fragments comme cours de fin de semaine.

Les modules suivants sont importants pour le domaine mcatronique:

Notions de base du C. C. Calcul des circuits de C. C. [loi d'Ohm, loi de Kirchhoff, etc.]. Impacts chimique et thermique des courants lectriques. Champs lectriques.

Champs magntiques. Puissance, nergie, rendement. Mesures de scurit, quipement de protection. Composants [rsistance, inductance, condensateur].

Notions de base du C. A. Calcul des circuits du C. A. [diagramme de phase, etc.]. Courants triphass. Puissance, nergie, rendement. Champs magntiques [champs alternatifs, tournants]. Transformateurs. Grandeurs non sinusodales. Redresseur.

5.Modules de laformation continue

Module 1:Ingnierie lectrique I

Travaux pratiques

Module 2:Ingnierie lectrique II

Travaux pratiques


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Conception. Reprsentation normalise des pices de machine. Tolrances et ajustements. Schmas techniques. Outils logiciels CAO, AUTO CAD, etc. Listes des pices. Cinmatique et cintique. Oscillations. Rsistance des matriaux [analyse des contraintes des pices de machine]. Mtaux: dformation et dtrioration; diagramme d'tat; alliages. Plastique : production et traitement. Cramique, matriaux semi-conducteurs.

Physique des capteurs [capteurs optiques, acoustiques, tacti les]. Capteurs lectriques, magntiques, chimiques. Mesure des grandeurs lectriques et mcaniques. Technologie des systmes de capteurs. Mesure des signaux, amplification. valuation derreurs. Systmes intgrs de capteurs, miniaturisation [capteurs intelligents].

Mise en rseau des systmes de capteurs.

Grandeurs pneumatiques: pression, forces, rendement, etc. Units dalimentation pneumatiques: compresseur, refroidisseur, rservoir dair

comprim, fi ltre, vannes, etc. Composants et circuits de base des systmes pneumatiques. Conception et simulation des circuits pneumatiques complexes.

Grandeurs hydrauliques : pression, forces, rendement, etc. Units dalimentation hydrauliques: pompes, rservoirs, conduites, etc. Composants et circuits de base des systmes hydrauliques. Conception et simulation des circuits hydrauliques complexes.

Assemblage et connexion des circuits pneumatiques et hydrauliques. Techniques de mesure. Commandes hydrauliques ; asservissements hydrauliques.

Module 3:Mcanique etmatriaux

Travaux pratiques

Module 4:Technologie descapteurs

Travaux pratiques

Module 5:Technologie desactionneurs

Travaux pratiques


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Servocommandes lectriques. Notions de base sur les servocommandes C. C./ C. A. Moteur induction. Moteur synchrone excitation par aimant permanent. Moteur pas pas. Moteur C. C. sans balais. Commandes d' alimentation pour machines-outils. Mthodes de commande pour les servocommandes lectriques.

Electronique analogique. Composants passifs et actifs. Composants semi-conducteurs. Caractristiques lectriques et thermiques. Amplificateurs oprationnels. Analyse des circuits.

Electronique numrique. Circuits logiques de base. Encodeur, dcodeur.

Convertisseurs numrique/ analogique et analogique/ numrique. Circuits squentiels. Conception des circuits.

Microlectronique. Circuits intgrs. Intgration grande chelle. Circuits avec les composants intgrs.

Electronique de puissance. Composants semi-conducteurs et leurs caractristiques. Convertisseurs [ponts]. Applications avec les commandes lectriques.

Module 6:Technologie desactionneurs II

Travaux pratiques

Module 7:Electronique industrielle I

Travaux pratiques

Module 8:lectroniqueIndustrielle II

Travaux pratiques


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Commandes analogiques. Notions de base des commandes en boucle ouverte et ferme. lments de la boucle de commande. Contrleurs [P, PI, PID]. Structures en boucle ferme. Stabilit et prcision. Point de consigne et contrle des perturbations. Applications industrielles.

Commandes numriques, lments de la boucle de commande. Signaux. Systmes de donnes chantillonnes. Transforme en Z. Rgulateurs [algorithmes]. Stabilit et prcision.

Microprocesseurs. Architecture de base. Composants priphriques.

Programmation en assembleur. Routines dessai et de dbogage. Notions de base sur les micro-ordinateurs et les superviseurs de micro-

ordinateurs.

Commandes logiques programmables [API] Architecture d'un systme de API; CPU. Composants matriels. Logiciel. Cycles dexploitation.

Module 9:Automatique

Travaux pratiques

Module 10:Ingnierie informatique

Travaux pratiques


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Langages de programmation [liste dinstructions, plan logique, diagramme enchelle].

Systmes de commande en boucle ouverte. Programmation structure. Commandes logiques. Applications des commandes logiques. Commandes squentielles. Applications des commandes squentielles. Procdures de test du logiciel. Communication de donnes. Mise en rseau; structures hirarchiques. Systmes de bus de champs. Technologie Profibus. Technologie Interbus S. Technologie du bus ASI.

Structures de base des rseaux locaux |LAN] Technologie Ethernet industrielle. Montage, mise en marche et configuration des bus. Applications industrielles [commandes lectriques, etc..].

Programmation graphique. Exploi et surveillance. Visualisation du processus [WinCC, Intouch]. Communication par l' intermdiaire d' Internet. Notions de base de la tlmatique et du tl service. Formation par travail sur le projet.

Conception assiste par ordinateur CAO/ FAO. Application des outils logiciels CAO/ FAO-3d Conception des composants, des dispositifs et de l' quipement. Notions de base de la conception, la projection, la fabrication et l' assurance

qualit avec la CIM. Processus de travail du mtal laide des machines CN. Tournage, fraisage, perage, meulage, taille, poinonnement, etc. Traitement au laser. Traitement des matires plastiques. Technologies de soudage, de brasage et de collage.

Module 11:Programmation API I

Module 12:Programmation API II

Module 13:Technologie defabrication

Travaux pratiques


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Notions de base de mcatronique. Organisation de la production planification des projets. Acquisition de linformation. Interprtation des schmas des circuits pneumatiques, hydrauliques et

lectriques. Implantation des logiciels. Mise en marche des composants matriels. Rglage des servocommandes d'alimentation. Etalonnage des systmes de capteurs. Branchement des units de traitement des signaux. Interfaage des composants matriels et logiciels. Rglage des units de commande. Programmation et mise en service des machines CNC [machines-outils]. Intgration dun systme de visualisation de processus. Recherche derreurs et de perturbations. Essai des matriels et des logiciels. Fabrication de produits simples [tournage, fraisage, perage, etc.].

Notions de base de robotique. Installation des robots industriels et des manipulateurs.

Degr de liberts et aire de travail. Introduction la commande de robots. Implantation des logiciels. Mise en marche des composants matriels. Etalonnage des systmes de capteurs. Branchement des units de traitement des signaux. Interfaage des composants matriels et logiciels. Rglage des units de commande. Programmation et mise en service des robots [mthodes en sminaire]. Intgration d'une unit de traitement d'image. Influence des erreurs et des perturbations sur la prcision de la posit ion. Essais de fonctionnement et procdures de dpannage.

Module 14:Matires Spciales :Systmes mcatroniques I

Travaux pratiques

Module 15:Matires Spciales :

Systmes mcatroniques II

Travaux pratiques


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Interprtation des protocoles de mise en marche. Documentation d' erreurs, protocoles de maintenance corrective. Mthodes dessai et de mesure [compatibilit lectromagntique CEM]. Procdures de dpannage, de dbogage. Analyse d'erreurs, correction d' erreurs, limination des dfauts. Maintenance prventive. Mthodes d'inspection et dessai pour l'usure, la fatigue et la pollution. Planification de la maintenance, procdures de diagnostic, systmes de

maintenance. Tl service [Internet, GSM]. laboration de la documentation pour les changements et les remplacements. Dtection systmatique des causes d'erreurs et des dfauts de qualit. limination et documentation des dfauts de qualit.

Conception et planification de lquipement. Achat [virtuel] des diffrents composants, units de capteurs et dactionneurs,

pices de machine, dispositifs, composants lectriques, units API et decommandes, etc.

Assemblage. Mise en marche.

Interfaage. Installations des logiciels. Etalonnages et rglages. Vrifications standard. Oprations dessai. Dpannage, homologation CEM. Documentation. Instructions de service et de maintenance. Rglements de scurit. Gestion des dpenses. Livraison au client [virtuel]. Dmontage et emballage pour l 'expdition.

Module 16:Maintenance dessystmesmcatroniques

Travaux pratiques

Module 17:Travail de projet en quipe[max. 4 personnes parquipe]


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Les laboratoires ncessaires pour tayer les exposs thoriques en mcatroniquedcoulent des diffrents sujets contenus dans le programme d'tudes [voir letableau ci-dessus] du cours rgulier et des modules de formation suprieure, c.--d.de leurs contenus programms.Un enseignement et une instruction efficaces en mcatronique exigent lesconditions pralables suivantes:

Matriel didactique [programmes d'tudes]. Equipement technique adquat. Matriel d'tude [livres, manuscrits, instructions pour guider les tudiants au

cours des expriences et des cours en ligne]. Solutions pour 'la formation des formateurs'.

Cinq laboratoires sont l is entre eux pour former un centre complet demcatronique. Ces laboratoires sont:

Travail du mtal et notions de base dlectricit Automatique industrielle et technologie de maintenance Multimdia Technologie CNC CIM/ FMS

Ils sont quips de la technologie de pointe et sont recommands car reprsentantle fruit de plus de 40 ans d'exprience de Festo Didactic dans la formationprofessionnelle travers le monde. L'quipement est ax sur la pratique et permetla mise au point de plusieurs expriences varies ayant un lien troit avec lesapplications industrielles et les exigences de la demande. Les aspects de la scurit,en particulier, sont, bien entendu, pris en considration. Les expriences pratiqueset les cours didactiques denseignement en ligne tayent les exposs thoriques[voir le tableau ci-dessus] d'une manire unique; ils sont trs importants dans uneformation technique comme la mcatronique.Le nombre d'expriences, et donc la quantit d'quipement sont fonction du

nombre d'tudiants. On prsume quune classe comprend 32 tudiants. Si onprsume encore qu'un groupe de 4 tudiants est impliqu dans une exprience,8 expriences [de prfrence diffrentes!] doivent donc tre effectuessimultanment pour la classe complte au cours dune sance.En gnral, il est certainement possible de diviser la classe en deux groupesprincipaux de 16 tudiants. Dans ce cas, 16 tudiants seulement effectuent lesexpriences en mme temps, et ainsi 4 expriences [de prfrence diffrentes]doivent tre proposes pour le sujet part iculier de mcatronique en une sance.La liste de la page 34 la suite, montre la constitution des laboratoires avecl'quipement de dernire gnration, qui satisfait pleinement aux conditions

industrielles requises pour une formation suprieure confirme en mcatronique.

6.Laboratoires et quipementpour le cours rgulier etpour la formationsuprieure


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Les quantits d'quipements, de systmes de formation, de dispositi fs, etc. peuventtre adaptes aux budgets disponibles. En outre, les fournisseurs locaux pourraienttre sollicits. Cela concerne l'quipement de classe comme lalimentationlectrique, les postes de travail, les meubles de stockage, etc., l quipement debase de travail du mtal comme les outils de perage, de meulage, etc., etlquipent informatique [matriels, logiciels].Chacun des cinq laboratoires est li un centre de mcatronique.

Il n'est pas ncessaire de fournir des salles spares pour chaque laboratoire.Certains quipements peuvent tre concentrs dans une salle, par exemple ceuxdevant servir pour les expriences d'lectrotechnique et dappareils lectriques, lesexpriences en automatique avec API et lenseignement en ligne [Multimdia], etc.

Les tudiants qui entrent au cours rgulier pour lobtention de la licence ont suivi unenseignement de 12 annes d'cole. En raison de la formation professionnelleastreignante dans le domaine de la mcatronique, seuls, les candidats titulaires dediplmes scolaires (BAC) avec mention devraient tre admis.Les instructeurs qualifis et expriments, enseignant dj des matires techniquesau sein des instituts de formation professionnel le et dsireux daccder la fil irede la formation suprieure doivent tre soigneusement interviews, pour sassurer

de leur profil de qualification.

Il est recommand d'effectuer des examens d'admission dans les deux cas, dans lesmatires fondamentales comme les mathmatiques, la physique, la logique, etc.

La notation des sujets dans les examens crits du cours rgulier [voir le tableau ci-dessus] est obligatoire.

La notation des modules dans la formation suprieure, avec un examen oral et uncrit pour chaque module, est obligatoire.

Le droulement et la dure des examens ainsi que les autres aspects y affrentsobissent aux rglements en vigueur dans chaque pays.

Remarques

7.Conditions dadmission

8.Examens sur les matires


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L'quipement suivant propos pour les laboratoires

Travail du mtal et notions de base dlectricit Automatique industrielle et technologie de maintenance Multimdia Technologie CNC CIM/ FMS

est conu pour 16 tudiants, du niveau de la l icence.

quipements de salle de classe comprenant: Rseau lectrique central Poste de travail de l instructeur Postes de travail pour 8 tudiants en lectrotechnique Alimentations lectriques Postes de travail pour 8 tudiants en mtallurgie Espaces de stockage

8 systmes de formation en " installation lectrique" 4 systmes de formation en " Mesure de la scurit lectrique" 4 systmes de formation en "Modle de rseau secteur" Jeu dquipement " limage" pour 8 util isateurs

Jeu dquipement " perage" Jeu dquipement "meulage" Jeu dquipement " travail du mtal en feuilles" Jeu dquipement " soudage et brasage" Jeu dquipement " soudage au chalumeau de brasage" Jeu dquipement "Machines de tournage et fraisage"

Proposition d'quipement pour un centre de mcatronique

Travail du mtal et notionsde base dlectricit


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quipements de salle de classe comprenant: Rseau lectrique central Poste de travail de l instructeur Postes de travail pour 16 tudiants Alimentations lectriques Espaces de stockage

Notions de base sur les appareils lectriques (8) Banc d'essai machine (8) Machines C. C. (2) Machines C. A. + transformateurs (2) Machines asynchrones (2) Machines synchrones (2)

Electronique de puissance, technologie d'entranement,contrle automatique (8) Convertisseurs commuts par le rseau (4) Convertisseurs commutation force (4) Entranements par convertisseur (2) Commande automatique avec contacteurs (4)

Notions de base dautomatique avec API (4) Technologie des capteurs et AS-I (4) Systme de lingnierie pneumatique (2)

Systme de l ingnierie hydraulique (2) Systmes mobiles de production (6 diffrents) Systmes mcatroniques avancs avec visualisation et Profibus (2)

Automatique Industrielleet technologie demaintenance


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quipements de salle de classe comprenant: Rseau lectrique central Poste de travail de l instructeur Postes de travail pour 24 tudiants Espaces de stockage

Ordinateurs pour 24 tudiants, ordinateur de linstructeur, serveur, installation 12 kits " laboratoire de bureau" comprenant chacun:

cours d'lectrotechnique (3 x 12) 3 cours de machines lectriques (3 x 12)

Machines C. C. Machine triphase Moteurs synchrones bagues

8 cours d'lectronique (4 x 8) 4 cours de technologie numrique (4 x 8) 1 cours de microprocesseurs (4) 3 cours de superviseurs de micro-ordinateurs (3 x 4) 1 cours dlectronique de puissance (1 x 4) 2 cours sur les systmes en boucle ferme (2 x 4) 9 cours de technologie de communication (9x4)

Quadriples et fil tres Fibres optiques

Cbles 4 conducteurs Modulation/ dmodulation AM/FM

24 kits de formateurs en ligne avec 50 cours diffrents Systme de gestion de l 'apprentissage, formation Logiciel de formation Multimdia Tournage et Fraisage Base de 12 tudiants

+ 1 instructeur

Multimdia


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quipements de salle de classe comprenant: Rseau lectrique central Poste de travail de l instructeur Rtroprojecteur Postes de travail pour 16 tudiants Tableau blanc Espaces de stockage

Equipement CNC comprenant : 1 TURN CNC de bureau 1 MILL CNC de bureau 1 TURN CNC de tail le industrielle 1 MILL CNC de taille industrielle Logiciel de programmation

Matriel informatique Ordinateur de l instructeur 1 vido projecteur 2 ordinateurs d'tudiants Rseau, installation

quipements de salle de classe comprenant:

Rseau lectrique central Poste de travail de l instructeur Rtroprojecteur Postes de travail pour 16 tudiants Tableau blanc Espaces de stockage

Sous-systme FMS Contrle CIM Logiciel Formation Matriel informatique

Ordinateur de l instructeur 1 vido projecteur 16 ordinateurs d'tudiants Rseau, installation Espaces de stockage

Technologie CNC

CIM/FMS


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