Séminaire Sciences Industrielles pour l’ingénieur TP et...

SéminaireSciences Industrielles pour l’ingénieur TP et démarches inductives

Jeudi 17 décembre 2009Lycée Clémenceau – Nantes

17/12/2009 Centrale Nantes - Retour d'expériences 2

Membre du Groupedes Écoles Centrales


Quelques chiffres…1 650 étudiants :

> 30 % d’élèves-ingénieurs en double-diplôme à l’étranger> 20 % d’étudiants étrangers sur le campus> 100 universités partenaires dans 40 pays

150 professeurs, chercheurs et enseignants-chercheurs150 personnels administratifs et techniques250 intervenants industriels

40 000 m2 de locaux sur un campus de 16 ha31 M€ de budget consolidé


Environnement Recherche

4 Laboratoires de recherche> IRCCyN - Institut de Recherche en Communications

et en Cybernétique de Nantes (CNRS 6597)> LMF - Laboratoire de Mécanique des Fluides (CNRS

6598)> GeM - Institut de Recherche en Génie Civil et

Mécanique (UMR CNRS 6183)> Laboratoire de Mathématiques Jean Leray (UMR

CNRS 6629).

7 M€ de contrats de recherche / industrie


PSI : 75

Etudiants étrangers 35

Banque filière PT : 20

CASTING : 20

TSI : 15

Concours ATS : 10

Cycle international : 5

Handicapés : 2

MP : 135

PC 50

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Qui intègre à Centrale Nantes ?

PROMOTION335 ELEVES INGENIEURS…


Le parcours de formation3 semestres de tronc commun S1-S2-S3

Enseignements en sciences fondamentales, sciences de l’ingénieur, sciences de l’entreprise et sciences humaines et sociales.

1 semestre différencié S4Renforcer la particularité du parcours, soit en le consacrant àl’international, soit à l’étude d’un enjeu de société.

2 semestres d’options S5 – S6En 3e année, l’élève-ingénieur choisit une option disciplinaire et une option professionnelle.


3e annéeOptions disciplinaires

Ingénierie des systèmes, des images et des signauxInformatiqueDéveloppement des Produits et de Systèmes IndustrielsMatériauxSimulation en Ingénierie MécaniqueGénie Civil et EnvironnementÉnergétiqueHydrodynamique et Génie Océanique


3e annéeOptions professionnelles

Management de projetsEntreprendreFinanceDesign industriel, Marketing et InnovationQualitéRecherche et DéveloppementVille et Services durablesDéveloppement d’un projet personnel


Retour d’expériences

Présentation de deux approches différentes et complémentaires

Automatique> Département Automatique et Robotique

Production industrielle> Département Ingénierie des Produits et des

Systèmes Industriels


Le département Automatique et Robotique

Formation des élèves ingénieurs (TC et options)

Formation ITII (BTP, Mécanique)

Masters• Master ASP (Automatique et Systèmes de Production)• Master Erasmus Mundus EMARO

(European Master on Advanced Robotics)


Formation des élèves ingénieursen Tronc Commun EI1 – EI2

Cours de tronc commun (330 EI1 – 300 EI2)Bases de l’automatique et notions connexes

1ière année: 3 cours de 32h• Signaux Systèmes et Simulation• Instrumentation et Capteurs• Automatismes (systèmes à évènements discrets)

2ième année: 3 cours de 32h• Énergie Électrique, de la Conversion à l’Actionneur• Électronique • Commande (des systèmes dynamiques)


Formation des élèves ingénieurs en option EI3 : ISIS et ses filières

Cours de Tronc Commun de l’option (200h)

3 filières d’approfondissement (300h)• Images – Signal – Biomédical – Audio• Systèmes de Production• Transport

Projets (150h)

(Ingénierie des Systèmes, de l’Image et des Signaux)


Les TP assurés par le Départementen tronc commun EI1 et EI2

Tous les TP se font à l’issue des cours> TP de type illustration de points du cours> TP de type mini-projet

12 groupes de 26 à 28 étudiants

16h12h12h12hTP10h12h10h8hTD/TA

6h8h10h12hcours


Signaux, Systèmes, Simulation SCUBE – EI1

TP1 : "Signal" :> Analyse spectrale d’un signal réel de musique

• côté ludique : traitement de signaux musicaux réels• fonctionnement de codeurs décodeurs de type MP3

TP2 : "Simulation & Systèmes" > Simulation d'une navette spatiale dans l'atmosphère

• difficultés à faire le lien entre le système physique et sa modélisation mathématique (Matlab Simulink).

TP3 : "Filtrage"> Élimination d'une note dans une gamme musicale

• manipulation sur un signal réel simple


Instrumentation et CapteursINSCA – EI1

Objectifs• sensibilisation aux composants d'une chaîne d'instrumentation

industrielle (capteur, conditionnement, transmission, actionneur, interface utilisateur)

• nécessité de conditionner le signal capteur, de configurer correctement une interface d'acquisition, d’interpréter et d’analyser les signaux en fonction des besoins pratiques.

> TP1 et 2 : "carte E/S NI et logiciel LabVIEW"> TP3 : "bus CAN"

Intérêts• Logiciel industriel• Communications de données avec un système industriel• Meilleure perception des notions vues dans le cours SCUBE


AutomatismesAUTOM – EI1

TP1 : "Apprentissage des langages d’automaticien"• Apprentissage sur un atelier logiciel par réalisation de systèmes logiques sur

PC - Automate programmable

• Mesure de la difficulté du passage de la théorie à la pratique

TP2 & 3 : "Microprojet" • Étudier et réaliser la partie commande d'un système automatisé à partir d'un

cahier des charges textuelMatériels et logiciels mis à disposition :

– Maquette pédagogique d'une partie opérative, – interface homme - machine, – PC servant d'automate programmable avec un atelier logiciel.

• Microprojet très bien perçu– Concrétisation des notions théoriques vues en cours– Résultats immédiatement visibles – Une démonstration en fin de séance participe à la notation


Énergie électrique, de la conversion à l’actionneur. EECOA - EI2

TP plus classiques (mesures, analyses)• Convertisseurs (Hacheurs, Onduleurs, Redresseurs)• Générateurs électriques• Les différents types de moteurs

L’objectif principal de ces TP : « mettre du matériel industriel entre les mains des étudiants»


Électronique (1/5)

EONIQ - EI2

Formation axée sur un micro projet de 16h6h de cours seulement

> Avant : travaux pratiques traditionnels : mesures sur des montages classiques (diodes, transistors et amplificateurs opérationnels …)

> Après : Micro projetConception d’un circuit électronique réalisant la commande d’un petit train électrique (1/60e).

Côté ludique apparent fortement apprécié.


Électronique (2/5)

EONIQ - EI2


Électronique (3/5)

EONIQ - EI2


Électronique (4/5)

EONIQ - EI2


Électronique (5/5)

EONIQ - EI2


Analyse et commande de systèmes dynamiques (asservissement et régulation)

TP : étude en quatre points> Analyse du système (basée sur un modèle identifié fourni)> Analyse d’un cahier des charges réaliste> Des synthèses de régulateurs (basées sur le modèle identifié)> Des tests sur maquettes

• Mise en évidence des compromis classiques de la commande (performance / saturation,…)

• Étude de condition de non saturation de la commande• Possibilité d’optimiser les réglages des lois de commande

Commande (1/7)

COMDE - EI2


Commande (2/7)

COMDE - EI2

5 maquettes (Didalab, Adaptech, Ipsis…) triplées pour 15 binômes potentiels

PC avec Matlab / Simulink• Code Matlab spécifique pour la synthèse de régulateurs• Simulink (toolbox temps réel, real-time windows target)

pour la commande

Cartes E/S National Instrument


Commande (3/7)

COMDE - EI2

Asservissement de position d’un axe moteur


Commande (4/7)

COMDE - EI2

Asservissement de vitesse d’un axe moteur


Commande (5/7)

COMDE - EI2

Asservissement de température d’une plaque métallique


Commande (6/7)

COMDE - EI2

Asservissement de niveau dans un bac


Commande (7/7)

COMDE - EI2

Asservissement de débit d’air en sortie d’une colonne de séchage


… à retenir

Utilisation de maquettes réelles

TP de type projets plutôt que TP classiques

Côté ludique de certains TP


Ingénierie des Systèmes, de l’Image et des Signaux


Le département Ingénierie des Produits

et des Systèmes Industriels

Objectifs– Culture technique sur les Procédés et la Conception– Méthodes et Outils utilisant la maquette numérique

Volonté permanenteAvoir un caractère «OPÉRATIONNEL»

…. dont la Production Industrielle


Production Industrielle pour tousTronc commun en première année > Pas de connaissances initiales et encore moins

d’expériences de réalisations pratiques (même les PT!)Niveau taxonomique : vécu et savoir être.Objectifs :> Humilité> Observation> Travail en milieu « hostile »> Prise de décision immédiate> Relation à la sécurité> Respect du savoir-faire> et aussi résistance physique…

2hVisite

28h =7x(2h+2h)TP

2hcours


Production Industrielle pour tous330 élèves réalisent leurs produits !Encadrement nominal 8 élèves/enseignant> soit 1000 h de TP à gérer [équipe de 8 enseignants + 3 techniciens]

Méthodes industrielles de fabricationTechnologie et mise en œuvre des procédés d’usinage, de soudage, de découpageObservation des facteurs d’influence :> Actions mécaniques, paramètres de la coupe, dispersions des

dimensions fabriquées, isostatisme, tolérances, états de surface,...


Production Industrielle pour tousSensibilisation à l’ergonomie du poste de travail, sécurité et préventionTravail en binôme, évaluation collective

Pas de compte-rendu : zéro papier> tout s’efface sur papier plastifié.


Enseignement choisiConception Prototypage Industrialisation

Enseignement électif, choisi par l’élève-ingénieur.Effectif 24 élèves de première annéeDurée : 32 h avec une équipe de 5 enseignants + 1 technicien

Validation d’une conception par prototypage rapide et mise en œuvre de l’industrialisation du produit> Projet de reconception, utilisation du maquettage numérique> Enseignement de projet (groupe de 3)> Sélection du meilleur projet pour la poursuite de la réalisation sur

machines de production> Evaluation par soutenance, dépôt de dossier numérique et

réalisation.


Cahier des Charges

Reconception

Mesure

Mise Œuvre CN

Maquette Num. 2

Prototypage Rapide

FAO

Des. Def. Fonctionnel

IsoEnvi. Atelier

PV Contrôle

Pièce / entités fonctionnelles

Pièce d’esthétique en ABS

Maquette Produit d’industrialisation

Machine PR

Maq. Num

•Maquette Num. 1

•Entités Fonct.

• Mise en plan sans cotation

Conception PrototypageIndustrialisation

Conception

Cotation Gamme


En offre différenciée (1/3 de la promo = 100 élèves)> Deuxième année – Durée 32h – 7 enseignants et 2 techniciens.

Objectifs du cours> Découvrir, mettre en œuvre, évaluer et comparer des procédés de

production industrielle.Plan de l’enseignement> Expérimentation sur procédés industriels innovants, études de

stratégies industrielles appliquées à l’évolution des procédés.Mots clefs :> Industrialisation,> Procédés,> Intégration de la chaîne numérique,> Mise en œuvre,> Automatisation de process.

Production Industrielle pour ……presque tous

24h = 2x(3x4h)TP

6hTA

2hcours


Production Industrielle

Chaudronnerie et Soudage Automatisés

Formage IncrémentalSoudage par friction malaxage

Emboutissage OxycoupageDécoupe Plasma

Soudage sur robot

TIG


Production IndustrielleChaîne Numérique et fabrication intégrée

Programmation d’usinages et application de stratégies sur différentes machines, observation et conclusion.

Quel processus de fabrication?Quelles stratégies d’usinage?

Quels paramètres?

Critères :Temps de réalisationQualité de surfaces

t = 1:29 t = 1:04

?


Etude en autonomie par groupe de 4 sur l’industrialisation de produits :> mise en concurrence de procédés au niveau technologique et économique> approche développement durable

Restitution collective (tout le monde ne fait pas les mêmes études et manipulations)Utilisation de Tablet PC Wifi et accès immédiat aux bases de données sur les postes de travail

Production Industrielle


Fin d’option avant le départ en TFEDernière année

Projet de conception intégrée40 élèves en option Développement des produits et des systèmes industriels.Durée 150 h sur 4 mois.Demande d’un client externe (mais pas de contrat)> élaborer un produit du cahier des charges à l’industrialisation

Enseignants – Experts : équipe pédagogique du Dpt (15 pers.)Travail de groupe (8 élèves) dont un chef de projetRèglementation (délivrables et calendrier imposés)Organisation libre :> Rôles répartis, chacun ne fait pas la même chose mais travaille pour la

même finalité.> Organisation du travail est décidé par le groupe.

Travail en concurrence


Projet de conception intégrée

Evaluation collectiveSoutenance, Rapport, Délivrables, + Avis client


Projet de conception intégréeSystème amortisseur dynamique antivibratoireKit d’adaptation d’assistance électrique pour véloIndustrialisation d’un brevet de ferme-porte penumatiqueReconception d’une orthèse de bras (CEA)Echaffaudage dépliant pour cuve de méthanierIndustrialisation d’une unité autonome de perçage


TP vers l’excellence en Option

Présentation des idées et concepts, observations des premiers résultats expérimentaux

> Maquettage numérique des produits• Intégrité de la maquette numérique (STEP-NC)

> Rapid manufacturing• Conception et réalisation de pièce sur machine de fusion

laser à dépôt de poudre

En direct depuis la recherche…


Mais aussi….L’apprentissage déductif de…….l’Ingénierie par démarche inductive

Initiation à la Stratégie expérimentale et aux plans d’expériencesDémarche d’ingénierie consistant à mener une campagne d’expérimentations pour mieux connaitre un système (produit, procédé, processus) en analysant son comportement.Activités transverses et multidisciplinaires


Evaluation, contexte, vigilance

Il en faut bien une…Eviter les passagers clandestinsEquipe pédagogique nombreuse mais cohérenteEnvironnement couteux et très encadréInnover sans oublier les fondamentaux


Conclusion

Aspect opérationnelÉvolutions techniques> Systèmes de plus en plus intelligents> Compétences des décideurs et des utilisateurs> Mesure d’investissements pour arriver là

Évolution de la pédagogie> Mesure de satisfaction> Qu’en reste t’il pour les étudiants ?> Pertinence dans le cursus ingénieur> Pertinence des enseignements dans le contexte mondial

Améliorer et progresser…

Séminaire Sciences Industrielles pour l’ingénieur TP et...

Documents

Transcript of Séminaire Sciences Industrielles pour l’ingénieur TP et...