PRT Rapport Final 4GE1 2012 BINOME 21

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Rapport Pr Réalisé par Binôme 21 ZILL Yvan PHAM HO B t Final du Projet de Réalisation Technologique rojet de Réalisation Technologique Tuteurs: Ma Did Bao An ZILL Yvan PHAM HO Bao An 1 ady GUILLEMOT dier NOTERMAN

Transcript of PRT Rapport Final 4GE1 2012 BINOME 21

Rapport Final

Projet de

Réalisé par Binôme 21

ZILL Yvan PHAM HO Bao An

Rapport Final du Projet de Réalisation Technologique

rojet de Réalisation

Technologique

Tuteurs: Mady GUILLEMOT

Didier NOTERMAN

PHAM HO Bao An

ZILL Yvan

PHAM HO Bao An

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Tuteurs: Mady GUILLEMOT

Didier NOTERMAN

Rapport Final du Projet de Réalisation Technologique

ZILL Yvan

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Sommaire

I. Présentation générale du projet ..................................................................................................... 4

I. Sujet du projet ............................................................................................................................. 4

II. Présentation d’une partie opérative virtuelle ............................................................................. 4

II. Cahier des charges........................................................................................................................... 5

1. Le cahier des charges .................................................................................................................. 5

2. Identification des éléments du projet: ........................................................................................ 6

3. Analyse fonctionnelle .................................................................................................................. 7

III. Réalisation de la PO virtuelle 3D : ............................................................................................... 8

1. Présentation du logiciel VU : ....................................................................................................... 8

2. Choix des modèles : ..................................................................................................................... 8

3. Création de la perçeuse : ............................................................................................................. 9

a. Recherche d’un modèle :......................................................................................................... 9

b. Importation depuis Solidwork : ............................................................................................... 9

c. Assemblage et programmation des scripts : ......................................................................... 11

4. Création de l’ensemble de la Partie Opérative Virtuelle ........................................................... 11

a. Vérins ..................................................................................................................................... 11

b. Convoyeurs : .......................................................................................................................... 14

c. Capteur de présence : ........................................................................................................... 15

d. Colonne de voyants : ............................................................................................................. 16

e. Caméras: ................................................................................................................................ 18

IV. Réalisation de la partie commande (Pupitre de commande) ................................................... 19

1. Présentation du logiciel Vijéo Designer ..................................................................................... 19

2. Choix des modèles ..................................................................................................................... 19

3. Création du pupitre de commande ........................................................................................... 19

a. Création d’un projet .............................................................................................................. 19

b. Lien avec l’automate ............................................................................................................. 20

c. Création des éléments du pupitre ......................................................................................... 21

d. Gestion de l’arrêt d’urgence.................................................................................................. 23

e. Présentation du pupitre de commande finalisé .................................................................... 24

V. Essais : ........................................................................................................................................... 25

1. Essais unitaires : ........................................................................................................................ 25

2. Essais fonctionnels :................................................................................................................... 25

VI. Conclusion : ............................................................................................................................... 26

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VII. Annexes : ................................................................................................................................... 27

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INTRODUCTION

Etudiants en quatrième année du département Génie Electrique de l‘INSA de Lyon,

nous devons réaliser un projet de réalisaFon technologique (PRT) qui s’inscrit dans le cadre

de l’enseignement de l’automaFque des systèmes à évènements discrets.

Ce projet nous permet de développer notre capacité à travailler en équipe,

d’apprendre à gérer un projet de la phase analyse fonctionnelle jusqu’à la remise du produit

au client. Enfin, nous pouvons profiter de cette occasion pour enrichir nos connaissances

techniques et aussi de mettre à profit nos compétences au bon déroulement de ce projet.

Concernant le sujet du PRT, il s’agit de concevoir une maquette virtuelle en 3D aussi

appelée “Virtual Commissioning”.

I. Présentation générale du projet

I. Sujet du projet

L’objecFf est de créer une parFe opéraFve (PO) virtuelle correspondant à un poste de

perçage automaFsé et qui sera commandée par un automate programmable de type M340.

Une partie opérative virtuelle en 2D est déjà existante, elle a été développée à l’aide du

logiciel VijéoDesigner de Schneider-Electric. La parFe opéraFve créee au Ftre du PRT dispose

d’un affichage en 3D qui va permeLre d’obtenir une représentaFon s’approchant de la réalité

beaucoup plus fidèlement que son prédécesseur et va donc le remplacer.

II. Présentation d’une partie opérative virtuelle

Une partie opérative virtuelle est une représentation d’un système de production. Elle

peut être developpée par des logiciels aussi appelés outils de simulation.

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Elle dispose de toutes les fonctionnalités d’un système réel, c’est à dire que tous les objets

susceptibles d’être manoeuvrables peuvent être commandés par un automate.

II. Cahier des charges

1. Le cahier des charges

Voici les différents éléments constituants le cahier des charges :

• la concepFon de la ParFe OpéraFve virtuelle sera réalisée à l’aide d’un ouFl de simulaFon

appelé « Virtual Universe » (VU) développé par la société IRAI

• la Partie Opérative virtuelle devra être commandé par un automate programme de type

M340, il pourra être réel ou virtuel (émulation possible à l’aide du logiciel Unity Pro XL)

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• la conception de la partie commande (ou Interface Homme Machine) sera réalisée à l’aide

du logiciel Vijéo Designer de Schneider-Electric.

Ce dernier point n’avait pas été défini lors de l’attribution du sujet de PRT et a été conclu

après plusieurs mises au point avec le client. En effet, la conception de l’IHM est

réalisable à l’aide du logiciel VU mais il a été convenu avec le client de la réaliser avec le

logiciel Vijéo Designer. Ce choix a été motivé par le fait que dans le monde de l’industrie il

est courant d’avoir une séparation réelle entre les trois éléments constituant une chaîne

automatisée c’est à dire : IHM, Automate et Partie Opérative.

2. Identification des éléments du projet: On a vu précédemment que trois éléments principaux contribuent au bon fonctionnement

de la chaîne automatisée. Bien que nous devions concevoir uniquement la partie opérative

et l’IHM, l’automate occupe quant à lui un rôle central. Le programme de l’automate étant

déjà réalisé, c’est sur lui que nous nous sommes appuyés pour réaliser notre projet. Nous

avons aussi utilisé, comme référénce, l’ancienne partie opérative et son pupitre de

commande dévéloppés sur Vijéo Designer (en 2 dimensions).

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Grâce aux différents listings issus du programme automate ainsi qu’aux schémas de la partie

opérative 2D et son pupitre nous avons pu établir des listes exhaustives des éléments à

créer.

Ces listes nous ont permis:

• d’avoir un suivi sur les phases de conception : partie opérative et IHM

• de garantir la bonne prise en compte de l’ensemble des éléments concernés par la

conception et donc d’éviter un éventuel oubli

En plus des éléments cités ci-dessus, nous avons intégré la démarche Lean à notre projet.

C’est à dire que nous avons tenu compte de la signalisation d’état ou encore appelée

« Pilotage par le visuel » en ajoutant celle-ci à la fois sur le pupitre de commande (3 voyants)

et sur la partie opérative elle même sous forme de colonne lumineuse.

Cette démarche permet d’être informé à tout instant de l’état actuel de la production par un

simple coup d’œil sur l’installation.

Afin de réaliser la signalisation d’état nous avons du apporter des modifications mineurs au

programme d’automate.

Nous avons donc crée des variables %Mi ainsi que des sections d’action afin de pouvoir

communiquer les différentes signalisations d’état à l’IHM et à la partie opérative

3. Analyse fonctionnelle:

L’analyse fonctionnelle a été réalisée dans le cadre de l’élaboration du plan directeur de

projet que nous avons dû établir avant de démarrer le PRT.Le plan directeur de projet est

une exigence du module d’enseignement HU3 et fait donc l’objet d’une évaluation.Ce travail

de longue haleine nous a permis d’une part de porter notre analyse sur le produit que nous

devions mettre en oeuvre et d’autre part de mettre en place les outils nécessaires à la bonne

conduite de notre projet.Le plan auquel nous faisons référence est livré avec le rapport ci-

présent.

Référence du document : PLAN_DIRECTEUR_4GE1_2012_BINOME_21.pdf

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III. Réalisation de la PO virtuelle 3D :

1. Présentation du logiciel VU :

C’est un simulateur 3D temps réel créé par la société française IRAI. Il fonctionne sous

Windows XP, Vista ou Windows7. Virtual Universe offre à ses utilisateurs la possibilité de

développer leurs propres maquettes numériques 3D. Les modèles ainsi crées peuvent être

pilotés par une connexion directe avec des logiciels d’automatisme (Schneider, Siemens,

Rockwell, Automgen,...), des automates programmables, de driver OPC, de cartes Advantech

ou de l’éditeur exécuteur intégré de script ou d’organigrammes qui permet de décrire

aisément les comportements. Des modèles peuvent être créés en important des fichiers 3D

à partir de différents logiciels de CAO (ProEngineer, 3DS…) en format VRML 1.0. Une

fonction d’importation directe des pièces et des assemblages à partir de Solidworks est

intégrée. Virtual Universe contient également une passerelle qui permet la communication

avec Matlab/Simulink. Il contient des bibliothèques d’objets standards permettant

également de créer de nouveaux objets réutilisables.

Il existe une licence professeurs et étudiants de VU téléchargeable gratuitement en version

d’essai de 40 jours depuis le site web de la société IRAI. Quant à la licence complète, elle est

d’un coût modeste (~300 euros).

Nous avons pu bénéficier d’un code d’activation lié à la licence de l’INSA après avoir

sollicité la personne en charge du logiciel de la société IRAI.

2. Choix des modèles :

La marge de manœuvre concernant les choix de concepFon se limite à la ParFe OpéraFve en

elle même. C’est à dire au choix des différents modèles 3D à créer ou à récupérer dans des

bibliothèques afin de consFtuer notre chaine complète de perçage automaFsé virtuelle.

La plupart des éléments nécessaires à la consFtuFon de la chaine de perçage sont

disponibles dans la bibliothèque fournie avec le logiciel Virtual Universe.

L’élément crucial de la chaine est la perceuse et nous devions, pour mener à bien ce projet,

trouver un modèle 3D de perceuse qui répondait au mieux aux trois critères suivants :

• représentaFon se rapprochant le plus possible de la réalité.

• les éléments requis pour simuler les différents mouvements (rotaFon, translaFon)

devaient tous être manoeuvrables.

• le fichier de concepFon devait être compaFble avec le logiciel Virtual Universe (ou

convertible vers un fichier compatible).

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• Le choix sur lequel nous nous étions portés lors de notre étude ne convenait

finalement pas car lors des premiers essais sur VU, nous n’avons pas réussi à obtenir

des résultats satisfaisants.

Nous avons donc finalement opté pour un autre modèle.

3. Création de la perçeuse :

a. Recherche d’un modèle :

Notre choix s’est donc porté sur ce modèle il dispose d’un maximum de détails, de

liaisons et de degrés de liberté nécessaire. Ce modèle a été récupéré sous un format

« solidworks assemblage » (.sldasm). Etant dépourvu de foret nous avons du rechercher

un modèle de foret en 3D, le modèle trouvé est sous un format « solidworks part

document » (.sldprt). Nous avons donc réussi à associer le foret à la perceuse à l’aide du

logiciel Solidworks.

b. Importation depuis Solidwork :

Le modèle de perceuse trouvé n’est pas compatible avec VU, il faut donc ouvrir le

modèle et l’importer depuis Solidworks pour créer un objet correspondant dans VU.

Nota : Cela nécessite l’installation de VU et Solidworks sur 1 même machine.

L’importation s’effectue de la manière suivante : dans VU : « Importer -> depuis

Solidworks -> Importer depuis Solidworks » via 3DXML (ouvrir au préalable un

assemblage ou une pièce dans Solidworks). Cette étape est illustrée par une capture

d’écran ci-dessous qui décrit le chemin d’accès.

Critère Taux de satisfaction

du critère

Remarques

Réalisme 95% Très haut rendu des

détails

Manoeuvrabilité 100% Les différents

éléments sont

manoeuvrables (au

niveau du degré de

liberté des liaisons )

Compatibilité 100% Une conversion de ce

modèle vers un

fichier compatible est

possible

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c. Assemblage et programmation des scripts :

Une fois que la perceuse a été assemblée et importée, nous lui avons ajouté des

comportements et scripts associés.

Rôles des comportements créés pour la perçeuse :

Updown : déplacement Tout ou Rien selon axe vertical

Rotation : rotation Tout ou Rien selon axe vertical

Descendre, Rotate : lecture générique qui lit une valeur liée à l’adresse de la variable

Unity Pro.

Perceuse_Bas, Perceuse_Haut : écriture générique qui écrit une valeur liée à

l’adresse de la variable Unity Pro.

Script : définir la « postion des capteurs » correspondante à des fins de course de la

perçeuse.

4. Création de l’ensemble de la Partie Opérative Virtuelle

a. Vérins

� Vérin simple effet (1 vérin : Ejecteur)

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Le modèle du vérin simple effet est basé sur l’objet «corps vérin.vuo » exporté d’un

exemple déjà existé sous VU. La taille du vérin est ensuite ajustée pour s’adapter à notre

application.

Eject : La force qui représente la pression pneumatique qui fait sortir le

vérin, valeur égale à la variable Eject_Piece-%M8 dans Unity

Ressort : La force de rappel qui force le vérin à sa position rentrée

lorsque « Eject » n’est pas lui appliqué, toujours active, le module de

l’action est plus inférieure à celui de « Eject » avec un sens opposé.

Comportement test de position, qui représente des capteurs de position

du vérin, prend la valeur 1 si le vérin est complètement rentré ou sorti.

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Comportement de type écriture générique qui sert à écrire la valeur du

capteur à a variable correspondante dans Unity Pro dont l’adresse est

définie dans la propriété du comporement.

� Vérins double effets(3 vérins : Etau, évacuateur et trieur)

Capteurs des fins de course des vérins : 2 possibilités de définir des fins de course

� Avec le script : déterminer les coordonnées de la tige du vérin dans le

monde VU et, met la valeur du comportement lié à la

variable Unity ou la remet à 0

� A l’aide de l’assistant de motion

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Les capteurs sont crés en appuyant sur le bouton «Ajouter un capteur », les capteurs correspondent

à un comportement de type chaque fois le curseur (représenté dans la figure ci-

dessus, correspond aux coordonnées du tige du vérin) rentre dans la zone définie du capteur, la

valeur du comportement passe à 1 et par conséquent modifie la variable Unity dont l’adresse est

définie sous le comportement correspondante.

b. Convoyeurs :

Le modèle de convoyeur choisi est convoyeur à tapis (conveyor belt), l’objet correspondant à ce

modèle «Conveyor belt.vuo » existe déjà dans la librairie de VU et il suffit de l’importer directement

au projet.

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« Motor » et « regul » sert à faire avancer le tapis

à 1 vitesse constante

« process animation » sert à animer l’avancement du tapis

c. Capteur de présence :

Le modèle graphique du capteur est basé sur celui d’un détecteur optique, pourtant pour le

faire fonctionner comme un vrai capteur, il faut créer 1 objet « transparent » (qui

représente un faisceau lumineux et qui est rendu invisible lors de la simulation) et lui

associer un comportement de type « Test de Collision », ce comportement

prend normalement une valeur égale à 0 chaque fois il y a une collision entre la pièce et ce

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« faisceau lumineux », sa valeur courante passe à 1 et modifie la valeur correspondante de la

variable Unity Pro à travers son adresse qui est passé comme paramètre au comportement.

La couleur du faisceau change de rouge à jaune chaque fois que le capteur détecte une

pièce.

d. Colonne de voyants :

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Le comportement définit la couleur du voyant et le comportement

« switch_on_off » allume (si sa valeur est 1) ou éteint (si sa valeur est 0) le voyant auquel le

comportement est attaché. Ce comportement est directement lié à la variable du voyant à

l’aide de son adresse.

clignotant Arrêt dans l’état initial

clignotant Production en mode manuel

fixe Production normale

La méthode suivante a été utilisée pour faire clignoter les voyants (le voyant orange pour

le mode manuel et le voyant rouge pour l’arrêt dans l’état initial) :

On crée pour chaque étape cité ci-dessus une section d’action

%S6 génère des créneaux de période 1 seconde, la variable Voyant_Orange est

aussi donc 1 créneau de période 1 seconde, ce qui fait clignoter les voyants.

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e. Caméras:

3 points de vue sont disponibles grâce à 3 caméras placés à 3 angles différents, pourtant,

en raison des problèmes graphiques et de mémoire, il est conseillé d’utiliser 1 seul

caméra et utiliser et des boutons de navigateur au lieu d’utiliser plusieurs caméras en

même temps.

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IV. Réalisation de la partie commande (Pupitre de commande)

Comme nous l’avons indiqué lors de l’analyse du cahier des charges, le

développement de la partie commande à l’aide du logiciel Vijéo Designer a été décidé en

cours de PRT par notre tuteur.

Nous avons donc dû nous familiariser avec ce nouvel outil avant de pouvoir concevoir le

pupitre de commande nécessaire au bon fonctionnement de l’ensemble de la chaîne de

perceuse automatisée.

1. Présentation du logiciel Vijéo Designer

Vijéo Designer de Schneider-Electric est un outil de conduite 2D permettant de

réaliser des écrans opérateur et de configurer les paramètres opérationnels des

périphériques Homme Machine (IHM). Il fournit tous les outils nécessaires à la conception

d'un projet IHM, de l'acquisition des données jusqu'à la création et à la visualisation de

synoptiques animés. Les objets graphiques, les scripts et les écrans créés avec Vijeo Designer

peuvent être sauvegardés dans la Bibliothèque d'objets afin de pouvoir être réutilisés dans

d'autres projets. La possibilité de réutilisation de ces données aide à optimiser les nouvelles

applications et à standardiser les écrans des applications co-développées. Les objets peuvent

être animés au moyen de script Java. Vijéo Designer est également doté d’une capacité de

communiquer avec tous les automates du marché (il possède une multi connexion :

Ethernet, USB…). 2. Choix des modèles

La bibliothèque de Vijéo Designer dispose d’une multitude d’objets tel que des

voyants, des commutateurs ou encore des boutons.

Nous avons donc utilisé les différents modèles disponibles dans la bibliothèque ainsi

qu’un type de texture importé d’un site web afin de concevoir le pupitre de commande.

3. Création du pupitre de commande

a. Création d’un projet

Il a fallu tout d’abord créer un nouveau projet, ce dernier est découpé selon

l’arborescence ci-dessous :

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L ‘élément principal du projet et défini comme « Cible » correspond au matériel

destinataire de l’affichage de l’IHM. Vijéo Designer a été conçu pour plusieurs type d’écran

tel que les XBTGT ou iSéries PC etc.. Chaque écran dispose d’une résolution d’affichage

intrinsèque au matériel ciblé. Dans notre cas, le choix de matériel importe peu car le pupitre

de commande sera utilisé sur un ordinateur équipé d’un système d’exploitation windows.

Nous avons quand même choisi la plus haute résolution possible soit 1024*768 (64k

de couleurs) afin d’obtenir un rendu acceptable et que l’utilisateur puisse avoir un certain

confort visuel.

Une fois la cible choisi nous avons crée deux écrans de base : • écran de départ qui correspond à une page d’accueil avec un lien vers le deuxième

écran • écran du pupitre de commande qui regroupe l’ensemble des boutons et

commutateurs

b. Lien avec l’automate

Le lien entre l’application créee avec le logiciel Vijéo Designer et l’automate (réel ou

virtuel) est défini dans l’onglet “Gestionnaire Entrées/Sorties”.

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C’est dans cette onglet qu’est configurée l’adresse de l’automate. Dans notre cas, ayant

utilisé un automate virtuel généré par le logiciel Unity Pro XL, nous avons défini la

configuration de la manière suivante :

Gestionnaire Entrées/Sorties : ModbusTCPIP01 => EquipementModbus01.

c. Création des éléments du pupitre

La création d’un commutateur est relativement simple, il suffit de cliquer sur l’icône

“Commutateur” de la barre d’outil et de le placer sur l’écran à l’endroit souhaité. Il est aussi

possible d’accéder à cette fonction en cliquant sur l’onglet “Dessin” puis “Commutateur”.

En double cliquant sur le commutateur on obtient la fenêtre de configuration suivante :

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Sur cet exemple, nous avons configuré le bouton permettant d’activer le mode manuel.

Pour que cette fonctionnalité puisse être opérationnelle, il a fallu définir l’action réalisée

dans l’onglet “à l’appui” et cocher “Activer/Désactiver” et aussi la destination en lui

attribuant la valeur : PLC_EquipementModbus01.Manu

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La syntaxe d’adresse est la suivante : PLC_EquipementModbus01.Mnémonique

En effet, il suffit de remplacer “Mnémonique” par le nom associé aux variables définies dans

Unity Pro XL.

Pour cela il faut, au préalable, créer les variables préalablement dans Vijéo Designer, il suffit

juste d’indiquer le type (BOOL,INT etc..) et l’adresse sous forme %Mi (i correspond au

numéro attribué dans Unity Pro XL).

Ce type d’adressage démontre la simplicité de l’utilisation de Vijéo Designer qui rappelle

bien ici qu’il a été conçu par Schneider-Electric dans le but d’être utilisé avec leur plateforme

de programmation d’automate.

Nous avons essayé de donner un meilleur rendu au pupitre en intégrant un objet de type

texture importé d’un site web regroupant plusieurs type de textures. (adresse du site web

de texture en haute définition : http://mameara.com/archives/1679)

Pour ce faire il suffit de cliquer sur l’icône “Image” ou l’onglet “Dessin” puis “Image, et de

définir la zone d’integration de la texture.

d. Gestion de l’arrêt d’urgence

L’arrêt d’urgence étant câblé en “normalement fermé” c’est à dire que l’état du bit est à 1

quand il n’y a pas de demande d’arrêt d’urgence, et que l’appui sur les boutons de Vijeo ne

permet pas de passage à 0 d’une entrée il a donc fallu programmer un script pour gérer

cette subtilité.

Le script ci-dessous permet donc d’obtenir un bit à 0 lors de l’appui sur le bouton d’arrêt

d’urgence :

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e. Présentation du pupitre de commande finalisé

Voici un aperçu du pupitre de commande finalisé :

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V. Essais :

1. Essais unitaires :

Les essais unitaires ont été réalisés après la création de chaque élément, c’est à dire que

nous avons testé le bon fonctionnement des éléments à partir de l’automate généré sous

Unity Pro XL.

2. Essais fonctionnels :

Nous avons réalisé l’ensemble des essais fonctionnels lors de la mise en service

conjointe de la partie opérative (sous VU) et du pupitre de commande (sous

VijéoDesigner) ainsi que de l’automate virtuel généré par Unity Pro XL.

L’ensemble des essais ont été satisfaisants, le produit peut donc être livré

opérationnel et dans les délais.

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VI. Conclusion :

Tout d’abord, la constitution du plan directeur de projet en amont de la phase réalisation

nous a permis de prendre du recul par rapport au travail que nous devions réaliser au

titre du PRT et de nous familiariser avec la démarche gestion de projet : analyse

fonctionnelle, planification, pilotage etc...

Le projet nous a permis de développer des compétences techniques : programmation,

analyse et interprétation d’un système automatisé. Nous avons dû nous familiariser avec

différents types de logiciel avant de pouvoir concevoir la partie opérative et l’IHM.

Nous avons aussi pu développer des capacités relationnelles grâce aux différentes prises

de contact que nous avons dû établir avec le client ainsi que le fournisseur du logiciel VU

et enfin avec la personne référente dans l’utilisation du logiciel. Il est aussi important de

noter que nous n’avons pas eu besoin de recourir au budget attribué à la réalisation du

PRT. Le coût du projet se résumerait donc uniquement aux heures réalisées par notre

binôme, heures qui ne seront bien sûr pas facturées au client.

Enfin, nous espérons avoir pu répondre à l’ensemble des exigences du cahier des charges

et espérons que notre client soit pleinement satisfait de notre produit.

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VII. Annexes : Voir le fichier listing.xls Excel joint.

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