NOTE DE PRÉSENTATION. Direction générale pour l'enseignement supérieur et l insertion professionnelle

Transcription

1 Direction générale pour l'eneignement upérieur et l inertion profeionnelle Service de la tratégie de l eneignement upérieur et de l inertion profeionnelle Département de l architecture et de la qualité de formation de niveau licence NOT D PRÉSNTTION Le projet d arrêté relatif au nouveau programme de cience indutrielle pour l ingénieur de clae préparatoire cientifique de technologie indutrielle pour technicien upérieur (TS) qui erait effectif à compter de la r univeritaire 2012, et oumi à votre avi. La voie de technologie indutrielle pour technicien upérieur prépare aux grande école d ingénieur. lle et réervée aux titulaire d un BTS ou d un DUT à vocation cientifique ou technologique. Cette formation a pour miion de renforcer, approfondir et élargir, en une année de formation, leur formation générale, cientifique et technologique. La réforme de programme technologique du lycée et l évolution tructurelle de la voie TS dan le cadre de clae préparatoire, ont rendu néceaire la rénovation de certain programme de cette voie et plu particulièrement celui de cience indutrielle pour l ingénieur qui date de Cette rénovation a, de urcroît, été ouhaitée par le école et en aval, le entreprie. Dan ce nouveau programme, l eneignement et centré ur le activité de travaux pratique et le mini-projet qui tiendront compte de l hétérogénéité de l origine de étudiant (génie électrique, génie mécanique, génie civil ).

2 RÉPUBLIQU FRNÇIS initère de l eneignement upérieur et de la recherche rrêté du relatif au programme de cience indutrielle pour l ingénieur de clae préparatoire de technologie indutrielle pour technicien upérieur (TS) NOR : Le minitre de l eneignement upérieur et de la recherche Vu le code de l éducation ; Vu le décret n du 23 novembre 1994 modifié notamment par le décret n du 3 mai 2007, et notamment on article 11, relatif à l organiation et au fonctionnement de clae préparatoire aux grande école organiée dan le lycée relevant de minitre chargé de l éducation, de l agriculture et de armée ; VU l arrêté du 10 février 1995 définiant la nature de clae compoant le clae préparatoire cientifique aux grande école ; VU l arrêté du 10 février 1995 relatif à l organiation générale et aux horaire de clae préparatoire cientifique aux grande école ; Vu l arrêté du 7 janvier 1998 modifié par l arrêté du 14 juin 2004 définiant le objectif de formation et le programme de la clae de technologie pour technicien upérieur (TS) ; Le Coneil upérieur de l éducation en date du ; Le Coneil national de l eneignement upérieur et de la recherche en date du ; rrête : rticle 1 e Le programme de cience indutrielle pour l ingénieur de la clae de technologie indutrielle pour technicien upérieur (TS) figurant en annexe de l arrêté du 7 janvier 1998 uvié et remplacé par celui annexé au préent arrêté à compter de la r univeritaire

3 rticle 2 Le directeur général pour l eneignement upérieur et l inertion profeionnelle et chargé de l exécution du préent arrêté. Fait le Pour le minitre et par délégation : Le directeur général pour l eneignement upérieur et l inertion profeionnelle P. HTZL Le préent arrêté et on annexe eront conultable au Bulletin officiel du minitère de l eneignement upérieur et de la recherche au Bulletin officiel de l éducation nationale du mi en ligne ur le ite et 2

4 NNX Programme de cience indutrielle pour l ingénieur de clae préparatoire de technologie indutrielle pour technicien upérieur (TS) 1. Le finalité La filière TS et une Clae Préparatoire aux rande École d ingénieur. lle et réervée aux titulaire d un BTS ou DUT à vocation cientifique ou technologique. Cette formation renforce, approfondit et élargit leur formation générale, cientifique et technologique en une année pour devenir ingénieur. Un ingénieur doit avoir une approche globale de ytème qui lui permet de gérer leur complexité. Il doit appréhender le produit et ytème indutriel par une approche intégrée de chaîne d énergie et d information. Il doit appuyer ur de modèle élaboré à partir d outil développé en mathématique, cience phyique, mécanique, électricité et automatique. Le Science Indutrielle pour l Ingénieur dan la filière TS permettent d aborder avec méthode et rigueur l analye de ytème pluri technique dan leur globalité et leur complexité. lle développent de compétence permettant de adapter à de contexte ou de produit nouveaux, afin de dégager leur fonction principale et de procéder à leur analye decendante ou globale. Le outil à acquérir ne ont pa une finalité. Le exemple puié dan divere pécialité comme la mécanique, l électricité eront trè utile pour déterminer le modèle detiné à analyer, prévoir le comportement de la chaîne d énergie et concevoir la partie commande de ytème complexe. 2. Le objectif généraux À partir de upport indutriel placé dan leur environnement technico-économique, le étudiant devront acquérir le macro-compétence repréentée ur la carte heuritique (figure 1), aociée à de avoir et avoir faire. Ce macro-compétence ont définie dan le paragraphe uivant. Figure 1 - Carte heuritique de macro compétence 2.1. nalyer ener une analye fonctionnelle et/ou comportementale ur de ytème pluri technique iu de grand ecteur d activité par exemple : le tranport, la production manufacturière, le bâtiment, la anté, l environnement, l énergie et le télécommunication. 1

5 Identifier la problématique technique Formalier l enemble de quetion technique auxquelle il faut répondre pour réalier une fonction dan un environnement contraint Définir le frontière de l'analye Définir le limite et le contrainte choiie ou impoée Conduire l'analye Établir et concevoir une méthodologie d'analye fonctionnelle au traver de repréentation normaliée Concevoir Concevoir un produit conforme aux exigence d un cahier de charge en fonction de la connaiance et du repect de l'outil de production et dan le cadre d'une approche de getion de projet incluant la getion du cycle de vie et le repect de l environnement Propoer de olution technique répondant à un beoin exprimé en utiliant le langage et le repréentation adapté odélier odélier un ytème complexe réel permettant une exploitation théorique afin de définir, prédire, analyer ou valider e performance. Le choix du modèle dépend trè largement de ce que l on cherche à obtenir et de la méthode de réolution enviagée. La modéliation repoe ur la formaliation d hypothèe, le choix et la jutification de modèle théorique, la détermination ou l identification de paramètre du modèle Utilier de outil de decription théorique Définir, choiir et jutifier un modèle de connaiance iu de l'analye de ytème complexe Identifier et choiir le paramètre du modèle À partir d'un modèle de comportement ou bien d'un modèle "boite grie", définir et identifier le paramètre du modèle afin de décrire au mieux le comportement du ytème réel pprécier le limite de validité Quantifier la corrélation entre le comportement du modèle et du ytème réel en fonction de hypothèe retenue et de contrainte environnementale Réoudre Choiir une méthode de réolution adaptée aux objectif vié (imulation, réolution analytique, graphique ou numérique) et procéder à a mie en œuvre. pprécier la validité du ou de réultat à partir du modèle, et/ou du ytème réel ou d'un cahier de charge xpérimenter Établir et jutifier un protocole expérimental en choiiant le eai à réalier et le grandeur phyique à meurer Découvrir et décrire le comportement d un ytème complexe ffectuer de manipulation et de obervation en vue de décrire le comportement d un ytème. 2

6 Utilier un procédé de meure Obtenir et interpréter de réultat par la mie en œuvre d appareil permettant la meure et le traitement de grandeur phyique et de ignaux d'information Vérifier le performance Élaborer, jutifier et mettre en œuvre un protocole expérimental. Interpréter le réultat en tenant compte de incertitude de meure, de hypothèe de modéliation et de la variabilité de meure Valider Valider un réultat et décider de manière autonome pprécier la validité de réultat Porter une analye critique en comparant le réultat obtenu à partir du modèle à ceux du ytème réel ou aux donnée d un cahier de charge Prendre une déciion Faire un choix entre pluieur olution technique. Conclure ur la pertinence de hypothèe de modéliation et ur le choix de modèle Optimier Optimier un ou pluieur paramètre du modèle aprè avoir inventorié et défini le objectif et le contrainte Jutifier d'une optimiation Jutifier de la néceité de l optimiation d un modèle décrivant le fonctionnement d'un ytème réel ou de l un de e contituant Définir le objectif Identifier le ou le paramètre à optimier. Quantifier le marge de progreion Définir le contrainte Prendre en compte le contrainte contextuelle (économique, technique, phyique, environnementale) Communiquer Utilier différent mode de communication au moyen d'outil adapté Choiir l outil de decription adapté Retenir un outil de decription adapté à une ituation donnée (problématique à expoer et nature du public) fficher de réultat Savoir utilier le différent outil de communication xpoer Structurer on expoé, adopter une attitude conforme aux uage. rgumenter en fonction d un objectif à atteindre et de remarque formulée ou de contrainte impoée. Produire un relevé de concluion ynthétique. 3

7 3. L organiation de l eneignement 3.1. Le activité propoée L eneignement de Science Indutrielle pour l Ingénieur doit être centré ur le activité de Travaux Pratique (TP) à partir de ytème préent dan le laboratoire et de miniprojet. Le TP et le mini-projet ont réalié en travaux pratique d atelier par groupe de 15 élève au maximum. L eneignant de Science Indutrielle pour l Ingénieur en CP doit prévoir : de TP de formation ; quelque TP d évaluation ; plu rarement de TP d application ; une pédagogie par projet. Le TP en Science Indutrielle pour l Ingénieur ont pour objectif de développer de aptitude pécifique, complémentaire de celle qui ont valoriée dan le autre dicipline. Il permettent : d acquérir une opérationnalité dan la démarche ingénieur, c'et-à-dire de développer le compétence néceaire pour analyer et concevoir un ytème complexe ; de conolider le connaiance et la maîtrie de outil vu en cour et en TD ; de découvrir la réalité de olution indutrielle, et de développer le en de l obervation, le goût du concret et la prie d initiative et de reponabilité. L articulation de l eneignement autour de activité de TP et de mini-projet et impoée. Cette organiation néceite une tructure adéquate pour le laboratoire de Science Indutrielle pour l Ingénieur et la mie en place d une organiation pédagogique qui réponde aux objectif défini précédemment. Il faut : la mie en place d un laboratoire commun de Science Indutrielle pour l Ingénieur ; l intervention imultanée de deux eneignant dan ce laboratoire ; une progreion annuelle élaborée à partir d objectif pédagogique clairement défini. L hétérogénéité de l origine de étudiant impoe une répartition en troi groupe. Un groupe avec une enibilité génie électrique (), un groupe avec une enibilité génie mécanique () et un troiième groupe (U) regroupant le formation plu pécifique de Science Indutrielle de l Ingénieur (génie civil, meure phyique, génie thermique et énergétique, géomètre topographe, fluide énergie, contruction et autre formation «rare»). L objectif de la formation conite à réduire le différence de maîtrie de macrocompétence, avoir et avoir-faire aocié qui ont contaté à l en TS. Dan ce condition, l eneignement de Science Indutrielle de l Ingénieur comporte deux période de formation différente. La première période et un eneignement différencié entre le troi groupe et qui e déroule au premier emetre (de eptembre à fin janvier), le cour et TD ont articulé autour de cycle de travaux pratique comprenant troi ou quatre éance uivie d'une éance de ynthèe. u econd emetre (à partir de fin janvier), l eneignement et articulé autour de pluieur mini-projet d une durée de 12 à 15 heure aociant de équipe mixte iue de troi groupe. La répartition hebdomadaire de horaire et décrite ci-deou L organiation pendant la première période de l année Il exite troi groupe qui fonctionnent en parallèle (un groupe, un groupe et un groupe U). Chaque groupe e voit propoer un eneignement de mécanique (1h de cour, 4

8 1h de TD et 1,5h de TP) et d électricité (1h de cour, 1h de TD et 1,5h de TP). La formation propoée dan le champ diciplinaire génie électrique et génie mécanique et différenciée et adaptée à chacun de troi groupe. Cette différenciation peut porter ur le niveaux taxonomique, le contenu ou le méthode pédagogique mie en œuvre. 1 ère période U Cour 2h Cour 2h Cour 2h Travaux Dirigé 2h Travaux Dirigé 2h Travaux Dirigé 2h Travaux Pratique 3h Travaux Pratique 3h Travaux Pratique 3h 3.3. L organiation pendant la econde période de l année Il exite troi groupe pédagogique hétérogène contitué d élève iu de troi groupe de la première période (, et U). Chaque groupe pédagogique e voit propoer un eneignement de Science Indutrielle pour l Ingénieur (2h de cour, 2h de TD et 3h de mini-projet) articulé autour de mini-projet différencié Le mini-projet ont de travaux incluant un temp d analye, de propoition de olution pui de validation à l aide de imulation ou d expérimentation. Il n y a pa de réaliation matérielle. Le mini-projet, ou la reponabilité de deux profeeur, ont réalié par de équipe mixte de troi à cinq étudiant iu de troi groupe de la première période (, et U). Le activité ont encadrée mai une autonomie importante era recherchée. Chaque éance donne lieu à la rédaction d une note de ynthèe par le élève qui doit traduire l avancement de travaux et le difficulté rencontrée. Cette note et analyée par le deux profeeur. Le concluion de cette analye guident la progreion pédagogique qui doit être élaborée à partir de centre d intérêt. Le activité propoée à l occaion de mini-projet peuvent être : de travaux de imulation portant ur de ytème complexe réel ; de travaux d eai et de meure ur de ytème exitant oit au laboratoire, oit acceible en ligne ; de modification concernant de loi de commande ou de carte de commande detinée à de ytème exitant dan le laboratoire ; la rédaction de procédure de réglage ou de meure. L enemble de ce activité doit renforcer l autonomie de étudiant, le faculté de prie de déciion et favorier la getion de projet en équipe. 5

9 2 ème période ini-projet 1 ini-projet 2 ini-projet 3 Cour 1 2h Cour 2 2h Cour 3 2h Travaux Dirigé1 2h Travaux Dirigé 2 2h Travaux Dirigé 3 2h ini-projet 1 3h ini-projet 2 3h ini-projet 3 3h 4. Le contenu de la formation Le programme et écrit en terme de compétence à atteindre auxquelle ont aocié le avoir, avoir-faire et avoir-être. Le tableau donné page uivante permet de faire le lien entre le avoir et le macro-compétence. Le programme e tructure en quatre partie : S1 nalye fonctionnelle ; S2 Fonction du produit ; S3 Comportement de ytème : le outil et le méthode ; S4 Repréentation de produit. Le niveaux de maitrie de avoir ont pécifié uivant la taxonomie décrite ci-aprè. Ce niveau de maîtrie étant différent pour chaque groupe à l en TS, il et précié dan le colonne,, U. La colonne indique le niveau de maîtrie de avoir et avoir-faire attendu de la part de étudiant au moment de d aux rande École. 6

10 Tableau croié acro-compétence / avoir aocié Savoir acro-compétence nalyer Concevoir odélier Réoudre xpériment er Valider Optimier Communiqu er S1 nalye fonctionnelle S11 Point de vue externe X X X S12 Point de vue interne X X X S2 Fonction du produit S21 limenter en énergie X X S22 Ditribuer et convertir l énergie S221 Convertieur tatique d'énergie X X X S222 ctionneur et pré actionneur aocié incluant leur X X X S23 S24 S3 S31 S32 S4 commande Tranmettre l'énergie S231 Liaion mécanique X X X S232 Compoant mécanique de tranmiion X X X cquérir, traiter et communiquer l'information S241 Capteur X X X S242 Traitement de l information S2421 Conditionnement de l information aprè le X X X capteur S2422 Sytème programmable X X X S243 Tranport de l'information X X X Comportement de ytème : outil et modèle Chaîne d'énergie S311 Source d énergie électrique X X S312 Converion tatique d'énergie X X X X S313 Converion électromécanique d'énergie X X X X X S314 Détermination de loi de mouvement X X X X X S315 Détermination de action mécanique X X X X X Chaîne d'information S321 Conditionnement du ignal X X S322 Comportement de ytème programmable X X X X S323 Comportement de ytème aervi S3231 odéliation d un ytème aervi X X X X X X S3232 Contrôle et commande d un ytème aervi X X X X X X S324 Tranmiion de l information S3241 ode de tranmiion X X X S3242 Réeaux X X X Repréentation de produit S41 Repréentation de ignaux X S42 Schématiation de olution X X X X S43 Repréentation géométrique du réel X X 7

11 Spécification de niveaux d acquiition et de maîtrie de avoir Indicateur de niveau d'acquiition et de maîtrie de avoir x Le avoir et relatif à l'appréhenion d une vue d enemble d un ujet : le réalité ont montrée ou certain apect de manière partielle ou globale. d INFORTION C et la capacité à identifier, citer, évoquer un phénomène an néceairement le placer dan on contexte. Ce niveau n et pa évaluable. Le avoir et relatif à l acquiition de moyen d expreion et de communication : définir, utilier le terme compoant la dicipline. Il agit de maîtrier un avoir. d XPRSSION C et la capacité à décrire, expliquer, faire un chéma, exprimer la compréhenion d un phénomène dan le contexte demandé. Ce niveau englobe le précédent. Le avoir et relatif à la maîtrie de procédé et d outil d étude ou d action : utilier, manipuler de règle ou de enemble de règle (algorithme), de principe, en vue d un réultat à atteindre. Il agit de maîtrier un avoir-faire. de la ITRIS D OUTILS C et la capacité à maîtrier un avoirfaire aocié à un avoir pour utilier un modèle, mettre en œuvre une démarche de dimenionnement, repréenter et imuler un fonctionnement, conduire un équipement, effectuer une meure Le avoir et relatif à la maîtrie d une méthodologie de poe et de réolution de problème : aembler, organier le élément d un ujet, identifier le relation, raionner à partir de ce relation, décider en vue d un but à atteindre. Il agit de maîtrier une démarche : induire, déduire, expérimenter, e documenter. C et la capacité à choiir par la mie en œuvre, en autonomie, d une démarche d analye pui de ynthèe. Il agit de maîtrier la réolution d un problème an indication ur la démarche à uivre. de la ITRIS THODOLOIQU 8

12 S1 nalye fonctionnelle Compétence attendue Un produit ou un ytème étant fourni et/ou défini par un doier ou un fichier, on environnement d utiliation étant précié, le cahier de charge du produit ou du ytème étant fourni, le compétence acquie doivent permettre de : définir le frontière de l étude ; identifier pour une fonction donnée : critère, niveaux, flexibilité ; nalyer conduire l analye d un chéma bloc décrivant l architecture fonctionnelle d un ytème ; identifier et caractérier le élément tranformé ; xpériment effectuer de manipulation et de obervation en vue de décrire le er comportement d un ytème ; Communiqu er choiir l outil de decription pour repréenter le différent flux (phyique, énergétique, informationnel) ; communiquer ur le fonction de ervice du produit et le mettre en relation avec le beoin et de contrainte à atifaire. 1 ère période S11 Point de vue externe Beoin à atifaire Cycle de vie du produit xpreion fonctionnelle du beoin Frontière d une étude, diagramme de intéracteur Fonction de ervice Cahier de charge fonctionnel : caractéritique de fonction de ervice (critère, niveaux et flexibilité). S12 Point de vue interne Déclinaion de fonction de ervice en fonction technique Outil de repréentation fonctionnelle de ytème et produit : diagramme d activité, ynoptique, chéma bloc. rchitecture fonctionnelle de produit et ytème : chaîne d énergie, chaîne d information. Relation entre chaîne d énergie et chaîne d information. Fonction élémentaire d une chaîne d énergie : alimenter, ditribuer, convertir, tranmettre et agir ur la matière d œuvre. Fonction élémentaire d une chaîne d information : acquérir, traiter et communiquer. Nature, caractéritique et flux de élément tranformé par le produit : matière, énergie et information. Homogénéité de chaîne fonctionnelle et compatibilité de paramètre d interface entre le différente fonction d une chaîne. L analye fonctionnelle, outil indipenable à la conception et à la réaliation de produit compétitif, contitue un moyen de ituer une problématique technique et fournit un cadre tructurant de connaiance viée par le programme, quel que oit le champ diciplinaire abordé. La enibiliation aux différent outil era abordée au traver de quelque exemple pertinent et par la mie en ituation ytématique de fonction technique, objet d étude lor de TD ou de TP. Sur un ytème complexe, l analye et la decription fonctionnelle doivent être partielle. 9

13 S2 Fonction du produit S21 limenter en énergie Compétence attendue Un produit ou un ytème étant fourni et / ou défini par un doier ou un fichier, on environnement d utiliation étant précié et on cahier de charge étant fourni, la ource d énergie, le actionneur et le chéma de puiance étant défini, le caractéritique de fonctionnement étant préciée pour une application donnée, le compétence acquie doivent permettre de : identifier le contituant du réeau d'alimentation ; nalyer identifier le grandeur phyique diponible ; Communiqu exprimer le caractéritique de ource. er 1 ère période Source d énergie : grandeur phyique diponible ; contituant de ditribution Pour le olution électrique : - réeaux de ditribution monophaé et triphaé équilibré ; réeaux embarqué : pile, panneaux olaire et accumulateur (différente technologie et leur principale application). Pour le olution pneumatique et hydraulique : - compreeur ; pompe On e limitera à l identification de caractéritique fonctionnelle fondamentale en et en ortie en vue d obtenir le performance attendue. 10

14 S2 Fonction du produit S22 Ditribuer et convertir l énergie Compétence attendue Un produit ou un ytème étant fourni et / ou défini par un doier ou un fichier, on environnement d utiliation étant précié et on cahier de charge étant fourni, la ource d énergie, le actionneur et le chéma de puiance étant défini, le caractéritique de fonctionnement étant préciée pour une application donnée, le compétence acquie doivent permettre de : identifier le ditributeur d énergie et leur paramètre de commande ; nalyer identifier le actionneur et préactionneur utilié dan la chaîne d'énergie du ytème ; Valider jutifier le choix au regard du cahier de charge ; extraire de la documentation fournie le valeur numérique Communiquer caractéritique de olution technique retenue. 1 ère période S221 Convertieur tatique d énergie Nature et caractéritique de grandeur phyique d et de ortie : continu ou alternatif, courant ou tenion. Réveribilité (quadrant de fonctionnement) Pour le olution électrique relative à l entraînement de machine tournante S222 ctionneur et pré actionneur aocié incluant leur commande Caractéritique d' et de ortie ode de fonctionnement, réveribilité (quadrant de fonctionnement) Domaine d'application Pour le olution technique électrique : - machine à courant continu à excitation éparée ou à aimant permanent ; machine ynchrone (machine an balai) ; machine aynchrone triphaée à cage Pour le olution hydraulique et pneumatique : - vérin L étude de actionneur, de leur commande et de la ditribution d énergie correpondante ne doit être abordée que dan de étude de ca pertinent où le cahier de charge pécifie le performance attendue et le contexte de fonctionnement du ytème. On e limitera à l identification de caractéritique fonctionnelle fondamentale en et en ortie en vue d obtenir le performance attendue. 11

15 S2 Fonction du produit S23 Tranmettre l énergie Compétence attendue Un produit ou un ytème étant fourni et / ou défini par un doier ou un fichier, on environnement d utiliation étant précié et on cahier de charge étant fourni, tout ou partie du produit ou du ytème étant diponible et le document technique étant donné ou forme de plan, chéma, croqui, maquette numérique, le compétence acquie doivent permettre de : nalyer identifier le olution technique correpondant à une fonction technique ; jutifier un choix contructif au regard du cahier de charge et de exigence technique et économique de réaliation ; Valider comparer deux olution contructive répondant à la même fonction technique pour une application donnée ; Communiquer énoncer le caractéritique fonctionnelle d une olution contructive. 1 ère période S231 Liaion mécanique Nature de liaion obtenue Caractériation : niveau de qualité, tenue aux effort et vitee relative admiible. Pour le olution technique (1) : - aemblage démontable et permanent ; guidage en rotation par gliement et par élément roulant ; guidage en tranlation par gliement et par élément roulant Le différente olution technique devront être abordée en TD ou en TP dan le cadre de la réaliation de problématique plu générale portant ur un ytème. (1) Le olution le plu courante permettant la réaliation de liaion mécanique eront étudiée à l aide de leur urface et condition fonctionnelle dan le but de mettre en évidence leur principale caractéritique : niveau de qualité, tenue aux effort et vitee relative admiible. Le point uivant ne ont pa au programme: le collage, le frettage, le calcul de organe fileté précontraint, le calcul par pincement, par déformation élatique ou par coincement, Le calcul de clavette, le guidage hydrotatique et hydrodynamique, étanchéité et la lubrification de guidage. Le calcul de durée de vie de roulement, dan le ca d une utiliation continue an variation de la vitee de rotation, feront uniquement l objet de calcul de vérification à partir de document contructeur et de formule qui eront donnée. 12

16 2 ème période S232 Compoant mécanique de tranmiion Caractériation cinématique de la tranmiion : mobilité, loi d -ortie et réveribilité. Puiance d et de ortie et rendement Pour le olution technique (1) : tranmiion an tranformation de mouvement : an modification de la fréquence de rotation : - embrayage, limiteur de couple, frein avec modification de la fréquence de rotation : - dipoitif poulie / courroie ; dipoitif pignon / chaîne ; engrenage (train imple et épicycloïdaux) tranmiion avec tranformation de mouvement : - dipoitif vi écrou (avec ou an élément roulant) ; came Le différente olution technique devront être abordée en TD ou en TP dan le cadre de la réaliation de problématique plu générale portant ur un ytème. (1) Le olution le plu courante permettant la tranmiion de mouvement eront étudiée et comparée dan le but de mettre en évidence leur caractéritique cinématique et leur rendement. 13

17 S2 Fonction du produit S24 cquérir, traiter et communiquer l'information Compétence attendue Un produit ou un ytème étant fourni et / ou défini par un doier ou un fichier, on environnement d utiliation étant précié, le élément du cahier de charge relatif à la grandeur phyique et le document technique relatif aux compoant de la chaîne d acquiition étant fourni, le compétence acquie doivent permettre de : identifier le capteur utilié dan la chaîne d'information du ytème ; identifier le différent contituant matériel de la chaîne d'information et le nalyer fonction technique réaliée ; définir la nature de information d' et de ortie du capteur ; jutifier le choix du capteur au regard du cahier de charge ; Valider jutifier le choix d'un upport de tranmiion au regard du cahier de charge ; extraire de la documentation fournie le valeur numérique caractéritique de olution technique retenue ; Communiquer décrire et repréenter le évolution temporelle et fréquentielle de ignaux le long de la chaîne d'information. 2 ème période S241 Capteur Place du capteur dan la chaîne d information Fonction de bae et tructure fonctionnelle de la chaîne d acquiition de l information (Principe phyique de l acquiition de l information). Nature de information d et de ortie Caractéritique métrologique : étendue de meure, enibilité, réolution, fidélité et temp de répone. S242 Traitement de l information S2421 Conditionnement de l information aprè le capteur Filtrage (gabarit) Converion /N et N/ S2422 Sytème programmable Structure fonctionnelle de ytème programmable : / ortie, bu d adree et de donnée, mémoire et unité arithmétique. Pour le olution technique : microcontrôleur, circuit logique programmable et automate programmable indutriel S243 Tranport de l information Caractéritique principale : bande paante et atténuation Pour le olution technique : paire toradée, fibre optique et le liaion an fil. On e limitera à l approche fonctionnelle an aborder le apect technologique

18 S3 Comportement de ytème : outil et modèle S31 Chaîne d'énergie S311 Source d'énergie électrique Compétence attendue Un produit ou un ytème étant fourni et / ou défini par un doier ou un fichier, on environnement d utiliation étant précié, on cahier de charge étant fourni, le compétence acquie doivent permettre de : Réoudre prédéterminer le valeur de courant, tenion, puiance, facteur de puiance ; meurer de courant, tenion, puiance, facteur de puiance, contenu harmonique xpérimenter et taux de ditorion. 1 ère période Source alternative ditribuée : tenion, fréquence et qualité de l'énergie daptation de niveaux de tenion et l'iolation galvanique par tranformateur monophaé uppoé parfait. Source continue : tenion, courant de court-circuit et capacité Le taux de ditorion era uniquement abordé lor de manipulation. 15

19 S3 Comportement de ytème : outil et modèle S31 Chaîne d'énergie S312 Converion tatique d'énergie Compétence attendue Un produit ou un ytème étant fourni et / ou défini par un doier ou un fichier, on environnement d utiliation étant précié, on cahier de charge étant fourni, le compétence acquie doivent permettre de : déterminer le grandeur énergétique de élément fonctionnel de la chaîne nalyer d'énergie (puiance d' et de ortie, facteur de puiance) ; analyer le fonctionnement d'un convertieur en terme de réveribilité ; choiir un convertieur elon le tranfert énergétique de l'application (quadrant de Concevoir fonctionnement) ; identifier et régler le paramètre de commande lié à la converion d énergie et à la variation de vitee ; xpérimenter viualier le forme d onde de tenion et de courant ; meurer le grandeur énergétique (5) ; jutifier le choix de emi-conducteur utilié en 'appuyant ur le caractéritique Communiquer principale iue de document technique. 1 ère période Principe de la converation tatique : aociation de ource tenioncourant et mode de commutation de interrupteur Semi-conducteur de puiance (2 ou 3 egment) (1) Caractéritique et critère de choix : tenion maximale, courant efficace, courant moyen et réveribilité (2). Convertieur : o de l'alternatif au continu : - redreeur monophaé (3) o du continu au continu (4) - hacheur érie ; hacheur quatre quadrant Filtrage de la tenion et liage du courant par compoant paif (1) La fonction thyritor n et plu au programme. (2) On conidérera le interrupteur parfait (an perte). (3) On e limitera aux redreeur PD2 non commandé ur charge de type ource de courant. (4) On e limitera à la conduction continue ur charge RL. On uppoera que la contante de temp de la charge et trè upérieure à la période du hacheur, le courant era donc linéarié. (5) On mettra en évidence lor d un TP le perte dan un convertieur tatique. 2 ème période Convertieur : o du continu à l'alternatif : - onduleur autonome de tenion triphaée (LI) On montrera l intérêt de la commande LI du point de vue pectral. Le développement en érie de Fourier eront fourni. 16

20 S3 Comportement de ytème : outil et modèle S31 Chaîne d'énergie S313 Converion électromécanique d'énergie Compétence attendue Un produit ou un ytème étant fourni et / ou défini par un doier ou un fichier, on environnement d utiliation étant précié, on cahier de charge étant fourni, le compétence acquie doivent permettre de : déterminer la nature de l actionneur (CC, S ou S) ; nalyer identifier le régime de fonctionnement mécanique (quadrant de fonctionnement) ; déterminer le caractéritique mécanique permettant d entrainer une charge donnée ; choiir la nature de la commande (couple, vitee, mixte) adaptée aux pécification de Concevoir l application ; odélier déterminer le chéma équivalent ; déterminer le grandeur énergétique de élément fonctionnel de la chaîne d'énergie xpériment (puiance d' et de ortie, rendement) ; er établir le lien entre le grandeur mécanique et électrique en effectuant le meure adaptée ; Communiqu er déterminer le grandeur énergétique de élément fonctionnel de la chaîne d'énergie (puiance d' et de ortie, rendement). achine électrique : - principe de converion électromécanique utilié dan le machine électrique ; modèle de comportement (1) ; bilan de puiance ; caractéritique mécanique de machine (2) ociation convertieur - machine - charge : - point de fonctionnement ; perte et rendement ; grandeur à contrôler pour la commande en couple ou en vitee de machine (3) ère période Pour le olution technique : - machine à courant continu à flux contant ème période Pour le olution technique : - machine ynchrone (machine an balai) ; machine aynchrone triphaée à cage (1) Seul le modèle de comportement de la CC à flux contant era étudié, et e limitera aux élément R, L et. La modéliation e fera en relation avec l étude du comportement de ytème aervi. Le modèle de comportement de machine alternative ne ont pa à connaitre. (2) Le machine alternative ont étudiée en régime permanent. Le équation de leur caractéritique mécanique eront donnée de façon à jutifier le paramètre de réglage utilié en variation de vitee. (3) Pour le machine alternative, on montrera l intérêt de la commande U/f = cte. La commande vectorielle et la tranformée de Park ont hor-programme. 17

21 S3 Comportement de ytème : outil et modèle S31 Chaîne d'énergie S314 Détermination de loi de mouvement Compétence attendue Un produit ou un ytème étant fourni et / ou défini par un doier ou un fichier, on environnement d utiliation étant précié et on cahier de charge étant fourni, tout ou partie du ytème étant diponible et le document technique étant donné ou forme de plan, chéma, croqui, maquette numérique et modèle, le compétence acquie doivent permettre de : définir le frontière de l étude et le donnée d ; nalyer choiir une méthode d étude ou un outil de calcul et appliquer un principe ou une loi pour réoudre une problématique ; faire le hypothèe implificatrice néceaire et propoer un modèle d étude adapté ; odélier jutifier un modèle d étude propoé pour une ituation donnée ; élaborer un paramétrage dan de ca imple ; effectuer de manipulation en vue de décrire le comportement ; xpérimenter vérifier le performance ; obtenir et interpréter de réultat de meure ; comparer le réultat obtenu au comportement réel et, éventuellement, interpréter Réoudre le écart ; Valider valider le comportement. 1 ère période ouvement d un olide, trajectoire d un point d un olide Vecteur poition, vecteur vitee et vecteur accélération Toreur cinématique aocié à une liaion Liaion équivalente à une aociation de deux liaion en érie ou en parallèle(1). Loi d -ortie en vitee et en poition d un ytème Degré de mobilité et degré d hypertatime (2) (1) On e limitera à la détermination, an approche théorique utiliant le toreur, de la liaion équivalente à une aociation de deux liaion. (2) Le degré de mobilité et le degré d hypertatique ont néceaire à l interprétation de réultat de imulation numérique et ne feront pa l objet de calcul pécifique. 18

22 S3 Comportement de ytème : outil et modèle S31 Chaîne d'énergie S315 Détermination de action mécanique Compétence attendue Un produit ou un ytème étant fourni et / ou défini par un doier ou un fichier, on environnement d utiliation étant précié et on cahier de charge étant fourni, tout ou partie du ytème étant diponible et le document technique étant donné ou forme de plan, chéma, croqui, maquette numérique et modèle, le compétence acquie doivent permettre de : définir le frontière de l étude et le donnée d ; identifier le action mécanique ; nalyer choiir une méthode d étude ou un outil de calcul et appliquer un principe ou une loi pour réoudre une problématique ; faire le hypothèe implificatrice néceaire et propoer un modèle d étude adapté ; odélier jutifier un modèle d étude propoé pour une ituation donnée ; élaborer un paramétrage dan de ca imple ; effectuer de manipulation en vue de décrire le comportement ; xpérimenter vérifier le performance ; obtenir et interpréter de réultat de meure ; comparer le réultat obtenu au comportement réel et, éventuellement, interpréter Réoudre le écart ; Valider valider le comportement. 1 ère période odéliation de action mécanique Nature : action mécanique de contact et action mécanique à ditance (gravité et magnétique). odèle local du contact : notion de denité urfacique de charge et modèle de répartition ur une urface de contact (an frottement et avec frottement loi de Coulomb) (1). odèle global de action tranmiible par une liaion parfaite ou non parfaite : toreur aocié. pproche tatique : o condition d utiliation et application du Principe Fondamental de la Statique ; o théorème de action réciproque ; o méthodologie : iolement, bilan de action mécanique extérieure, application du Principe Fondamental de la Statique et réolution (2). (1) Le point uivant ne ont pa au programme : la théorie de Hertz aini que la réitance au pivotement et au roulement. (2) Une méthode de réolution graphique pourra être utiliée dan le ca d un olide oumi à deux ou troi action mécanique modéliable par de glieur coplanaire non parallèle. 19

23 2 ème période pproche dynamique : o grandeur inertielle : centre d inertie, mae, opérateur d inertie / matrice aociée et théorème de Huygen (1) ; o grandeur cinétique : toreur cinétique, toreur dynamique et énergie cinétique ; o condition d utiliation et application du Principe Fondamental de la Dynamique par rapport à un repère galiléen ; o méthodologie : iolement, bilan de action mécanique extérieure, application du Principe Fondamental de la Dynamique et réolution. pproche énergétique : o puiance développée par le action mécanique extérieure à l enemble iolé dan on mouvement par rapport à un référentiel galiléen ; o puiance développée à l intérieur à l enemble iolé ; o utiliation du Théorème de l nergie Cinétique aliléenne ; o notion de perte de puiance et rendement global ; o méthodologie : iolement, bilan de puiance, application du Théorème de l nergie Cinétique aliléenne et réolution (1) La forme de la matrice d inertie pourra être demandée, mai le valeur de moment et produit d inertie eront donnée. 20

24 S3 Comportement de ytème : outil et modèle S32 Chaîne d'information S321 Conditionnement du ignal Compétence attendue Un produit ou un ytème étant fourni et / ou défini par un doier ou un fichier, on environnement d utiliation étant précié, le élément du cahier de charge relatif à la chaîne d'information et le document technique relatif à e compoant étant fourni, le compétence acquie doivent permettre de : analyer et de mettre en œuvre à partir du cahier de charge de aociation de nalyer fonction de l'électronique réaliant un conditionnement du ignal iu d'un capteur, un dipoitif de meure ou une converion de grandeur ; xpérimenter relever un comportement fréquentiel. 2 ème période Filtrage analogique paif : réaliation de filtre paif de type pae ba et pae haut (1). Dualité temp / fréquence (2) Converion analogique / numérique, caractéritique : fréquence d échantillonnage, et réolution (3). (1) On e limite au filtre RLC. Le filtre actif ne ont pa au programme. (2) On initera ur le lien entre le caractéritique fréquentielle et temporelle pour le traitement d un ignal. (3) Le choix de la fréquence d échantillonnage era abordé de façon qualitative. 21

25 S3 Comportement de ytème : outil et modèle S32 Chaîne d'information S322 Comportement de ytème programmable Compétence attendue Un produit ou un ytème étant fourni et / ou défini par un doier ou un fichier, on environnement d utiliation étant précié, le élément du cahier de charge relatif à la chaîne d'information et le document technique relatif à e compoant étant fourni, le compétence acquie doivent permettre de : nalyer analyer le fonctionnement attendu d un ytème programmable ; Concevoir modifier la pécification comportementale à l'aide d'une interface graphique ; imuler et/ou teter le fonctionnement d un ytème programmable et rechercher de xpérimenter dyfonctionnement ; exprimer le fonctionnement d un ytème programmable par un graphe d état, une Communiquer table de vérité ou un algorigramme imple. 2 ème période Comportement de ytème logique (1) : o identification de / ortie ; o notion d état logique, de fonction logique élaborée de type comptage, multiplexage, encodage / décodage et mémoire ; o decription d un ytème logique par une table de vérité (2) ; o decription d un ytème logique par un graphe d état (3) ; o notion d état, tranition et variable Comportement de ytème numérique : o identification de / ortie (4) ; o decription d un ytème numérique par algorigramme (5) (1) Le outil de imulation graphique eront utilié pour réalier le fonction logique complexe étant entendu que celle-ci ont intégrée dan de circuit logique programmable, et ne e préentent pa ou forme de compoant dicret. Le langage de decription tel que le VHDL ou Verilog ne ont pa au programme. (2) La implification par tableau de Karnaugh n et pa au programme. (3) L étude ne doit pa e limiter au RFCT, le règle de repréentation de graphe eront fournie. L encapulation n et pa au programme. Le bacule et le regitre à décalage ne ont pa au programme. (4) La getion de interruption ne era pa abordée. (5) Seule le tructure algorithmique de bae eront étudiée. 22

26 S3 Comportement de ytème : outil et modèle S32 Chaîne d'information S323 Comportement de ytème aervi Compétence attendue À partir d'un ytème linéaire continu et invariant défini par un chéma de tructure ou par une réaliation indutrielle, le compétence acquie doivent permettre de : identifier un ytème à partir d'une courbe de répone indicielle et donner un modèle de repréentation ; identifier un ytème à partir d une courbe de répone harmonique et donner un modèle de repréentation ; nalyer analyer la tabilité d'un ytème ; déterminer la préciion en régime permanent ; analyer l'influence d'un correcteur P, PI ur un ytème ou l'apect temporel et fréquentiel (influence ur le diagramme de Bode uniquement) ; jutifier un modèle imple de comportement en reliant le coefficient de la fonction de tranfert à certain paramètre phyique du ytème (notion de modéliation linéaire autour d un point de fonctionnement) ; odélier déterminer le fonction de tranfert en boucle ouverte et en boucle fermée d'un ytème à partir de la connaiance de fonction de tranfert le contituant ; relever la répone harmonique et la répone indicielle d un ytème ; xpérimenter évaluer le performance d un ytème aervi ; vérifier la cohérence d un modèle choii avec de réultat Valider d'expérimentation ; optimier le paramètre du modèle d un ytème à partir de réultat Optimier expérimentaux ; Communiquer tracer dan le plan de Bode le fonction de tranfert. 1 ère période S3231 odéliation d un ytème aervi (1) Introduction - apect généraux : o but et motivation, exemple ; o définition et tructure d'un ytème aervi : chaîne directe et chaîne de retour ; o conigne et perturbation ; o régulation et pouruite ; o définition de performance : tabilité, préciion et rapidité odéliation et comportement de ytème linéaire, continu et invariant : o notion de ytème linéaire continu et invariant ; o modéliation par équation différentielle ; o repréentation par fonction de tranfert : forme canonique, gain, ordre et clae ; o ytème du 1 er et du 2 nd ordre : répone temporelle (échelon, rampe et ignal inuoïdal) et fréquentielle (diagramme de Bode) S3232 Contrôle et commande d un ytème aervi Sytème linéaire, continu et invariant : o repréentation par chéma bloc ; o fonction de tranfert en boucle ouverte et en boucle fermée, influence

27 de perturbation ; o Identification de ytème linéaire continu et invariant : modéliation et identification à l aide d une répone indicielle et/ou d une répone harmonique pour le ytème du 1 er et du 2 nd ordre. nalye de performance d'un ytème aervi : o tabilité en BO : marge de phae et de gain dan le plan de Bode ; o préciion : écart permanent pour une répone indicielle ; o effet d'une action intégrale dan la chaîne directe ; o rapidité : temp de répone à 5 % et bande paante en boucle ouverte (1) L'outil mathématique utilié et la tranformée de LPLC. Sa préentation e limite à on énoncé et aux propriété du calcul ymbolique trictement néceaire à ce cour. Le théorème de la valeur finale era donné an démontration. La tranformée de Laplace invere et hor programme. 2 ème période S3232 Contrôle et commande d un ytème aervi Correction de ytème aervi : o effet ur le performance ; o régulateur P, PI. La ynthèe de correcteur et hor-programme. 24

28 S3 Comportement de ytème : outil et modèle S32 Chaîne d'information S324 Tranmiion de l'information Compétence attendue Un produit ou un ytème étant fourni et / ou défini par un doier ou un fichier, on environnement d utiliation étant précié, le élément du cahier de charge relatif à la chaîne d'information et le document technique relatif à e compoant étant fourni, le compétence acquie doivent permettre de : identifier dan une trame ou un paquet le différent champ ; nalyer décoder une information contenue dan le champ de donnée ou le champ d identificateur ; oberver une trame ; déterminer le débit et le mode de tranmiion ; xpérimenter décoder une information contenue dan le champ de donnée ou dan le champ d identificateur ; Communiquer énoncer le caractéritique du protocole de tranmiion. 2 ème période S3241 ode de tranmiion ode de tranmiion érie : mie en œuvre d une tranmiion érie aynchrone (1) S3242 Réeaux rchitecture matérielle de réeaux : upport de l information et topologie rchitecture protocolaire : organiation en couche fonctionnelle (1) On e limitera aux caractéritique principale : vitee de tranmiion, bande paante et fiabilité de la tranmiion. 25

29 S4 Repréentation de produit S41 Repréentation de ignaux Compétence attendue Un produit ou un ytème étant fourni avec on cahier de charge et le document technique utile, le moyen de meure étant diponible, le compétence acquie doivent permettre de :: interpréter le pectre de amplitude fourni par un module FFT aocié à un ocillocope numérique et jutifier le choix de la durée d'obervation ; xpérimenter choiir le appareil en fonction de grandeur caractéritique à relever et mettre en place le meurage de ignaux. Repréentation logique : binaire et hexadécimale Repréentation temporelle et fréquentielle, repréentation dan le plan complexe. Ce notion eront introduite en fonction de beoin pédagogique. S4 Repréentation de produit S42 Schématiation de olution Compétence attendue Un produit ou un ytème étant fourni par un doier ou un fichier ou forme de chéma (le norme étant à dipoition), le compétence acquie doivent permettre de : nalyer décoder le document fourni et identifier le contituant repréenté ; odélier choiir un modèle adapté ; xpérimenter effectuer de manipulation ur un ytème afin d identifier on comportement ; Communiquer choiir un outil de decription adapté. 1 ère période Schéma cinématique (1) Schéma d architecture (2) Schéma électrique (3) Schéma informatique : decription graphique (1) C et le chéma minimal qui permet la decription de mouvement. (2) Ce chéma d architecture permet de calculer le action mécanique dan le liaion. (3) Seul le contituant étudié dan le programme eront à identifier. S4 Repréentation de produit 26

30 S43 Repréentation géométrique du réel Compétence attendue Un produit ou un ytème étant fourni et / ou défini par un doier ou un fichier, on environnement d utiliation étant précié et on cahier de charge étant fourni tout ou partie du ytème étant diponible et le document technique étant donné ou forme de plan, chéma, croqui, maquette numérique et modèle, le compétence acquie doivent permettre de : élaborer la maquette numérique de la partie étudiée du produit en intégrant Concevoir le contrainte fonctionnelle d aemblage ; repréenter tout ou partie du produit ou forme de croqui ou de chéma Communiquer et exprimer le fonctionnalité attendue. 2 ème période Dein et croqui à main levée d une olution Repréentation d une olution contructive en 3D par un modeleur volumique. ode de création de pièce emblage ou contrainte Utiliation de bibliothèque d élément tandard La conception d une olution n et pa au programme. Seule le notion de bae ur le modeleur volumique eront abordée (création d une pièce imple, aemblage et viualiation d une maquette numérique). ucune connaiance affiliée aux norme de dein technique ne era évaluable. 27