Intérêt de construction mécanique dans les filières STI Proposition d identification d. des Centres d Intd. Intérêt en

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1 Proposition d identification d des Centres d Intd Intérêt en construction mécanique m en STI CI1 : compétitivité des produits et analyse fonctionnelle CI2 : les outils de communication technique CI3 : modélisation des liaisons et des actions mécaniques CI3-1 : caractérisation cinématique CI3-2 : actions mécaniques CI4 : construction des liaisons CI4-1 : liaisons complètes CI4-2 : guidage en rotation CI4-3 : guidage en translation CI4-4 : étanchéité, lubrification CI5 : chaînes cinématiques, transmission de puissance CI5-1 : structure fonctionnelle CI5-2 : les lois entrée-sortie cinématiques CI5-3 : énergétique et dynamique CI5-4 : les actionneurs CI5-5 : les systèmes d adaptation de mouvement CI5-6 : les systèmes de transformation de mouvement CI6 : la définition de produits CI7 : comportements statiques des systèmes CI8 : produit/procédé/matériau et dimensionnement 1

2 Les contenus associés s aux Centres d Intd Intérêt CI1 : compétitivité des produits et analyse fonctionnelle Voir programme S.T.I. CI2 : les outils de communication technique Chaîne de données numériques. Ingénierie concourante. Plate forme virtuelle. Outils de recherche et de représentation des solutions en phase d'avant-projet : - dessin à main levée, - schémas (cinématique, architectural, technologique) Outils de modélisation des solutions en phase d'étude : - modèle numérique de conception (modifier une solution constructive) - modèle numérique de définition, Représentations particulières : - mises en plan : relation 3D-2D - conventions particulières de représentation - représentations associées à un point de vue : commercial, maintenance, Les contenus du CI2 ont évolué par rapport à ceux du programme de Sa place dans le cycle d apprentissage est transversale grâce à l utilisation des nouveaux outils. 2

3 Les contenus associés s aux Centres d Intd Intérêt CI3 : modélisation des liaisons et des actions mécaniques CI3-1 : caractérisation cinématique Repères et paramètres cinématiques. Liaisons simples : définition géométrique, représentation. Liaisons équivalentes. Architecture : graphe des liaisons, schéma cinématique. CI3-2 : actions mécaniques Définition d une action mécanique Notion d isolement Actions de contact et actions à distance Modélisation (force, couple, moment d une force) Action mécanique transmise par une liaison Le CI3 vient très tôt dans le cycle d apprentissage et permet d introduire les liaisons par les libertés de mouvement et les actions transmissibles CI4 : construction des liaisons CI4-1 : liaisons complètes Mise en position et maintien en position Surfaces fonctionnelles et conditions fonctionnelles Différentes technologies, critères de choix. CI4-2 : guidage en rotation Surfaces et conditions fonctionnelles Différentes technologies critères de choix CI4-3 : guidage en translation Surfaces et conditions fonctionnelles Différentes technologies critères de choix CI4-4 : étanchéité, lubrification Fonctions - Différentes technologies critères de choix 3

4 Les contenus associés s aux Centres d Intd Intérêt CI5 : chaînes cinématiques, transmission de puissance CI5-1 : structure fonctionnelle La cinématique et l énergétique sont Fonction de service de chacun des constituants abordées logiquement dans le CI5 et sont Relation entre constituants associées à l étude des chaînes cinématiques Caractéristiques d une chaîne de commande CI5-2 : les lois entrée-sortie cinématiques Mouvement de rotation autour d un axe fixe (trajectoire, propriété, champ des vitesses) Mouvement de translation rectiligne (trajectoire, propriétés, champ des vitesses) Mouvements plans entre solides, composition des vitesses Mouvement uniforme, uniformément varié CI5-3 : énergétique et dynamique Sensibilisation à l influence des quantités d accélération sur des cas simples (masse, inertie, gradients de vitesses) Principe fondamental de la dynamique appliqué à des cas simples. Notion de puissance, rendement CI5-4 : les actionneurs Caractéristiques principales, solutions constructives. CI5-5 : les systèmes d adaptation de mouvement Transmission par liens flexibles, variateurs de vitesses Caractéristiques, transmission par engrenages Lois entrée-sortie CI5-6 : les systèmes de transformation de mouvement Différentes technologies (cames, vis-écrou, bielle-manivelle, pignon-crémaillère) Caractéristiques, critères de choix Lois entrée-sortie Les CI5-2 et CI5-3 s appuient sur les logiciels de simulation mécanique 4

5 Les contenus associés s aux Centres d Intd Intérêt CI6 : la définition de produits De l analyse fonctionnelle à l'élaboration du modèle de produit fini d une pièce, Spécifications fonctionnelles dimensionnelles et macro et micro géométriques Désignation normalisée : tolérancement ISO (ajustements), GPS Outil chaîne de cotes Le CI6 s appuie largement sur l utilisation du modeleur volumique CI7 : comportements statiques des systèmes Principe fondamental de la statique Démarche d isolement Résolution, interprétation des résultats Le CI7 est forcément placé avant le CI8 au moins pour ce qui concerne le dimensionnement des pièces. CI8 : dimensionnement et produit/procédé/matériau Les différentes familles de matériaux Les procédés d obtention et d assemblage et leur incidence L étude expérimentale du comportement d un matériau Nature des sollicitations Contraintes et déplacements La RDM est associée à la relation produit/procédé/matériau. Les nouveaux outils de dimensionnement permettent de renforcer le lien entre le chargement, le matériau et la géométrie des pièces. 5

6 L agencement des Centres d Intérêt. L identification des centres d intérêt ne doit pas conduire à un enseignement linéaire et cloisonné des savoirs associés. Le centre d intérêt permet de centrer l attention de l élève (et du professeur) sur un point fort du programme. Il ne doit pas cependant cloisonner un enseignement de la construction mécanique, discipline complexe dont les imbrications nécessaires entre les différentes notions abordées sont porteuses de sens. Ainsi, on peut distinguer : des centres d intérêt pouvant être abordés de façon linéaire : CI3, CI4, CI5, CI7 et CI8 (même si on peut retrouver la relation produit/procédé/matériau dans la plupart des analyses technologiques). des centres d intérêt qui, si l on souhaite donner du sens à notre enseignement, seront abordés par touches successives tout au long du cycle d apprentissage (CI1, CI2 et CI6) La répartition des centres d intérêt dépend de la filière concernée. Pour les deux principales filières des classes S.T.I., le lien nécessaire entre l enseignement de construction mécanique et l enseignement de la spécialité nous conduit à opter pour des approches différentes : En spécialité GM, la technologie des liaisons et la définition de produit occupent la plus grande place et sont donc abordés plus tôt dans le cycle d apprentissage. Ainsi, il est souhaitable de privilégier l aspect «statique» à l aspect «cinématique»ou «énergétique». En spécialité GE, la chaîne cinématique doit être abordée le plus tôt possible pour permettre à l élève de faire le lien avec la spécialité «GE». Les aspects «cinématique» et «énergétique» viennent alors en amont et sont abordés très tôt dans le cycle d apprentissage. Les deux répartitions schématisées ci-dessous tiennent compte de ces deux remarques. Elles constituent une proposition et laissent (cependant) à l enseignant une certaine souplesse pour sa progression sur les deux années d enseignement. 6

7 L agencement des Centres d Intd Intérêt en S.T.I. G.M. 1 an 2 ans CI3 : modélisation des liaisons et des actions mécaniques CI4 : construction des liaisons CI4-1 : liaisons complètes CI4-2 : guidage en rotation CI4-3 : guidage en translation CI4-4 : étanchéité, lubrification CI5 : chaînes cinématiques, trans. de puissance CI5-1 : structure fonctionnelle CI5-2 : les lois entrée-sortie cinématique CI5-3 : énergétique et dynamique CI5-4 : les actionneurs CI5-5 : les systèmes d adaptation de mouvt CI5-3 : les systèmes de transformation de mouvt. CI1 : compétitivité des produits et analyse fonctionnelle CI2 : les outils de la communication technique CI6 : la définition de produits CI7 : comportements statiques des systèmes CI8 : produit/procédé/ Matériau et dimensionnement 7

8 L agencement des Centres d Intd Intérêt en S.T.I. G.E. 1 an 2 ans CI3 : modélisation des liaisons et des actions mécaniques CI5 : chaînes cinématiques, transmission de puissance CI5-1 : structure fonctionnelle CI5-2 : les lois entrée-sortie cinématique CI5-3 : énergétique et dynamique CI5-4 : les actionneurs CI5-5 : les systèmes d adaptation de mouvement CI5-3 : les systèmes de transformation de mouvement CI4 : construction des liaisons CI4-1 : liaisons complètes CI4-2 : guidage en rotation CI4-3 : guidage en translation CI4-4 : étanchéité, lubrification CI1 : compétitivité des produits et analyse fonctionnelle CI2 : les outils de la communication technique CI6 : la définition de produits CI7 : comportements statiques des systèmes CI8 : produit/procédé/ Matériau et dimensionnement 8

9 L agencement des Centres d Intd Intérêt en S.T.I. Exemples de stratégie pédagogiquep Comment donner du sens à notre enseignement par l agencement des centres d intérêt?. Les deux exemples proposés ici, et développés pages suivantes, visent à montrer l imbrication logique et souhaitable des centres d intérêt. Cette imbrication ne doit pas nous écarter du fondement même de la notion de centre d intérêt (permettre de se centrer sur une notion fondamentale du programme). La chronologie des séances proposées doit cependant faire apparaître une démarche technologique cohérente. CI3 : modélisation des liaisons et des actions mécaniques CI4 : construction des liaisons CI4-1 : liaisons complètes CI4-2 : guidage en rotation CI4-3 : guidage en translation CI4-4 : étanchéité, lubrification Exemple 1 Exemple 2 CI1 : compétitivité des produits et analyse fonctionnelle 1 an 2 ans CI2 : les outils de la communication technique CI5 : chaînes cinématiques, trans. de puissance CI5-1 : structure fonctionnelle CI5-2 : les lois entrée-sortie cinématique CI5-3 : énergétique et dynamique CI5-4 : les actionneurs CI5-5 : les systèmes d adaptation de mouvt CI5-3 : les systèmes de transformation de mouvt. CI6 : la définition de produits CI7 : comportements statiques des systèmes CI8 : produit/procédé/ Matériau et dimensionnement 9

10 L agencement des Centres d Intd Intérêt en S.T.I. Exemples de stratégie pédagogique p dagogique (Exemple 1) Activité de synthèse Activité de synthèse Phase de découverte La Fonction étanchéité (CI4-4) Phase de synthèse La Fonction étanchéité (CI4-4) Phase d ancrage La Fonction étanchéité associée aux outils de représentation (CI2) Phase de découverte spécifications dimensionnelles et géométriques (CI6) Phase de synthèse spécif. dim. et géom. (CI6) CI4-4 (CI2) : fonction étanchéité Les élèves découvrent sur une pompe à engrenage : - la nécessité d une étanchéité - les différents types d étanchéité - les solutions technologiques associées (Le modèle numérique est utilisé comme support / visualisation des informations techniques) (CI4-4) CI2 : outils de communication : modélisation des solutions en phase d'étude : modèle numérique de conception. A partir d une fonction technique identifiée sur le réel et non modélisée (étanchéité dynamique par joint à lèvre), les élèves construisent avec l aide du modeleur la solution constructive retenue. CI6 CI2 : définition de produit modèle numérique de définition. A partir d une solution précédente validée, les élèves définissent le modèle numérique du flasque, associé à cette fonction technique. Une mise en plan peut être effectuée. 10

11 L agencement des Centres d Intd Intérêt en S.T.I. Exemples de stratégie pédagogique p dagogique (Exemple 2) Activité de synthèse Phase de découverte La Fonction guidage en rotation (CI4-1) Phase de synthèse La Fonction guidage en rotation (CI4-1) Phase d ancrage La Fonction guidage en rotation associée aux outils de représentation (CI2) Phase de découverte spécifications dimensionnelles (CI6) CI4-1 : Fonction guidage en rotation En GE, les élèves découvrent les différentes décompositions de guidage en rotation -Surfaces fonctionnelles -Conditions fonctionnelles Travail présenté par Georges Maury lors du séminaire académique «didactique en STI» CI4-1 et CI2 : outils de communication Les élèves travaillent sur un interrupteur. Ils retrouvent les surfaces fonctionnelles et les conditions fonctionnelles du guidage en rotation (avec coussinet). Ils représentent sur modeleur volumique la solution technologique. CI6 : définition de produit Par une démarche inductive, l exemple du contacteur est repris pour découvrir les chaînes de côtes et le vocabulaire associé (côtes condition, côtes nominale, côtes tolérancées). 6.4±0.2 Activité de synthèse Phase de synthèse spécif. dimensionnelles (CI6) 11