MINISTERE DE L ÉDUCATION NATIONALE. Direction des personnels enseignants AGREGATION DE GENIE MECANIQUE. Session 2008

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1 MINISTERE DE L ÉDUCATION NATIONALE Direction des personnels enseignants AGREGATION DE GENIE MECANIQUE Concours interne et concours d accès à l échelle de rémunération des professeurs agrégés Session 2008 Rapport des membres du jury

2 Composition du jury de l'agrégation interne de GENIE MECANIQUE Session 2008 Président : Jean-Jacques LESAGE - Professeur des Universités à l Ecole Normale Supérieure de Cachan Vice-président : Dominique TARAUD - Inspecteur Général de l'education Nationale Membres du jury : COLLAINE Anne, PRAG à l Université de Mulhouse BERROU Vincent, Professeur Agrégé au Lycée Raspail de Paris DUMERY Jean-Jacques, Inspecteur d'académie - Inspecteur Pédagogique Régional de l'académie de Créteil KOUISS Khalid, Maître de Conférences à l IFMA de Clermont-Ferrand LOISY Michel, Inspecteur d'académie - Inspecteur Pédagogique Régional de l'académie de Versailles ROGER Christian, Professeur Agrégé au lycée Gustave Eiffel de Cachan ROSSI Olivier, PRAG à l IUT de Ville d Avray Rapport de l agrégation interne de génie mécanique 1 session 2008

3 COMMENTAIRES SUR LA SESSION 2008 Les données statistiques relatives aux dix dernières années du concours sont fournies en fin de ces commentaires généraux. Leur examen est riche d enseignements et montre notamment que depuis 2000 (soit neuf sessions de concours) la diminution du nombre de postes est beaucoup moins sensible que pour bon nombre d autres spécialités ainsi que pour le concours externe de l Agrégation de Génie Mécanique. Comme dans le même temps le nombre de candidats présents à la première épreuve écrite varie peu et a même tendance à baisser, les chances de réussite restent donc importante. Par ailleurs, l examen des résultats montre que la moyenne du dernier candidat admis est cette année encore proche de 11 (contre 8,00 en 1998). Cela atteste de l amélioration globale de la préparation des candidats aux différentes épreuves, tant écrites qu orales. Concernant plus spécifiquement la session 2008, il convient de remarquer le faible écart numérique entre les résultats du premier et ceux du dernier candidat admis (4,38 points), et de le mettre en regard avec l écart des résultats à l issue des épreuves d admissibilité (8,03 points). Il est clair que d importantes évolutions restent possibles entre l écrit et l oral. Les quatre épreuves du concours, toutes de même coefficient, sont donc bien d égale importance et doivent être préparées comme telles : la réussite des deux épreuves écrites est nécessaire pour obtenir une admissibilité qui reste difficile, elle est loin d être suffisante pour offrir l assurance d une admission systématique. Le jury note avec satisfaction qu il y a toujours de très bons candidats, même si le contraste avec des candidats peu préparés n en devient que plus saisissant. Cette qualité des résultats montre que ce concours interne, donc destiné à des professeurs en poste, est parfaitement accessible aux candidats sérieusement préparés, même si les épreuves couvrent un large spectre scientifique et technique et que les attentes du jury sont importantes. Les deux épreuves écrites de cette session 2008 s inscrivent dans la logique de celles des années précédentes. Elles sont destinées : - à s assurer que les candidats maîtrisent les fondamentaux disciplinaires du génie mécanique sur le plan scientifique comme sur le plan technologique (mécanique, construction mécanique, production mécanique, automatique des systèmes continus et des systèmes à événements discrets) ; - à mesurer, et c est là une originalité du concours interne, la capacité des candidats à imaginer et à organiser un transfert pédagogique à partir du support technique autour duquel est construit le sujet de chaque épreuve écrite : élaboration d un exercice d évaluation pour la première épreuve, élaboration d une séquence de formation pour la seconde épreuve. Des efforts tous particuliers sont faits par les membres du jury de manière à proposer un corrigé complet de ces deux épreuves écrites, assorti de nombreux conseils destinés aux candidats désireux de préparer le concours ; on ne peut que les encourager à étudier en détail ces corrigés. Les deux épreuves orales sont tout à fait complémentaires de ces deux épreuves écrites. Les thèmes des manipulations de l épreuve de travaux pratiques restent centrés sur la production et sont de deux types : - mise au point d une production ; - mise au point d un système automatisé de production. Rapport de l agrégation interne de génie mécanique 2 session 2008

4 Le rapport de la session 2005 indiquait aux candidats que le jury souhaitait élargir la palette des procédés d obtention des pièces mécaniques supports de l épreuve de travaux pratiques. Un TP construit autour de l obtention de bruts par fonderie en moule métallique a été proposé dans la session Cette ouverture à d autres procédés que l usinage par enlèvement de copeaux s est poursuivie en 2007 par un TP d usinage par électroérosion à fil. Cette diversification des procédés d obtention des bruts ou des produits finis se poursuivra dans les sessions qui viennent (Usinage à Grande Vitesse, plasturgie, ). Quelque soit le procédé ou le système support de l épreuve, celle ci est destinée : - à vérifier que les candidats savent mobiliser leurs compétences scientifiques et techniques dans les domaines du génie mécanique pour résoudre le problème industriel qui leur est posé en faisant largement appel à l expérimentation; - d exprimer son savoir-faire pédagogique au travers de la conception d une séquence de formation expérimentale en corrélation avec le problème technique traité dans le cadre de la manipulation proposée. L épreuve de dossier est quant à elle tout particulièrement conçue pour valoriser les activités de professeur en exercice. En effet, la définition de l'épreuve précise : L'épreuve consiste en la présentation et la soutenance par le candidat d'un dossier original relatif à un projet qu'il a conduit dans le cadre de la discipline dans laquelle il enseigne (En classes terminales ou post-baccalauréat). Il s agit donc pour le candidat de présenter une activité de transfert pédagogique s appuyant sur une étude de cas industrielle, telle qu'il la pratique normalement dans le cadre de son enseignement. D une manière générale, le jury constate que les épreuves d'admission sont trop souvent préparées dans des délais trop courts. Ce phénomène est plus particulièrement observable dans l épreuve de dossier. Par conséquent, il recommande à nouveau aux candidats de préparer les épreuves d'admission et d'admissibilité simultanément. Les candidats doivent notamment disposer d'un temps d'élaboration et de mise en œuvre de leur projet pédagogique suffisamment long pour constituer un dossier cohérent, bien argumenté et non artificiel. Il est utile de rappeler que les futurs candidats doivent s imprégner des commentaires relatifs aux épreuves contenus dans ce rapport et les précédents. Enfin, concernant la forme de leur prestation, de trop nombreux candidats n adoptent ni l attitude, ni la tenue vestimentaire que le jury est en droit d attendre de candidats à l Agrégation. Le jury souhaite donc vivement que tous les candidats admissibles fassent les efforts nécessaires pour que leur comportement lors des épreuves orales soit conforme aux attentes légitimes d un jury à ce niveau de concours de recrutement de la fonction publique. Rapport de l agrégation interne de génie mécanique 3 session 2008

5 Données statistiques relatives aux dix dernières sessions du concours : Session Nombres de Inscrits Présents Admissibles Admis postes 1 ère épreuve Session Moyenne du premier admissible Moyenne du dernier admissible Moyenne du premier admis Moyenne du dernier admis ,50 8,50 15,50 8, ,50 8,00 13,13 7, ,00 7,75 12,62 8, ,25 8,50 13,13 8, ,75 8,25 13,13 8, ,5 10,00 13, ,75 11,25 13,6 10, ,87 10,75 14,25 10, ,80 11,30 14,58 11, ,98 11,02 13,86 10, ,25 10,22 15,63 11,25 Rapport de l agrégation interne de génie mécanique 4 session 2008

6 Session de 2008 Concours interne de recrutement de professeurs agrégés et concours d'accès à l'échelle de rémunération Section : Génie Mécanique Première épreuve de Génie Mécanique Durée : 8 heures Calculatrice électronique de poche y compris programmable, alphanumérique ou à écran graphique à fonctionnement autonome, non imprimante, autorisée conformément à la circulaire n du 16 novembre L'usage de tout document et de tout autre matériel électronique est rigoureusement interdit. Le dossier comprend à l'intérieur de cette chemise : - un dossier sujet de 14 pages ; - un dossier de documents annexes comprenant : - Plan de situation du produit «Roulement de train arrière» ; - Plan d ensemble du produit «Roulement de train arrière» ; - Plan fonctionnel de bague extérieure de roulement ; - Repérage des surfaces sur la bague extérieure finie ; - Repérage des surfaces sur la pièce brute ; - Tableau de correspondance indicative entre les échelles de dureté ; - Plan d ensemble du montage d usinage ; - Morphologie de l outil double de finition extérieure (opération de reprise) ; - Formulaire des pressions au contact ; - Caractéristiques générales tour Spinner ; - Spécifications tour Spinner ; - Courbes de puissance et couple tour Spinner ; - Définition de la sous épreuve E61 de lancement de production du BTS IPM ; - Fiche d évaluation de la sous épreuve E61 du BTS IPM ; - Extraits des repères pour la formation en STS IPM concernant la sous épreuve E61. - un dossier de documents-réponses (en doubles exemplaires) : - Support pour la définition de la gamme de la bague extérieure ; - Contrat de phase vierge ; - Support pour simulation d usinage. Le candidat est invité à formuler toutes les hypothèses et à choisir les données qui lui seraient nécessaires en complément de celles fournies par le sujet. Les deux parties du sujet seront composées sur des copies différentes.

7 Dossier sujet Première partie Analyse mécanique et technologique d un processus de production d une bague extérieure de roulement (durée conseillée : 6 heures)

8 Analyse et conception d un processus de production d une bague extérieure de roulement de roue arrière d un véhicule automobile. Un fabricant équipementier automobile a reçu la commande d un roulement de roue qui est un assemblage de plusieurs éléments (une bague extérieure, deux bagues intérieures, deux réseaux de billes équipé d une cage, un joint d étanchéité). Chaque élément est défini avec des spécifications qui lui sont propres, mais l ensemble possède également un cahier des charges dans lequel on trouve des spécifications sévères telles que la tolérance du défaut de planéité de la face d appui du disque de la bague extérieure et la tolérance sur le défaut de battement et de perpendicularité de cette même face par rapport à l alésage des bagues intérieures. Effectivement, l ingénierie collaborative constituée de spécialistes de la conception et de la fabrication a conduit à la définition du produit compte tenu des contraintes fonctionnelles et des capacités des procédés de mise en forme. 1 - Première étude : analyse du processus du fabricant, étude de l ensemble produit - matériau - procédé La pièce étudiée fait partie d un ensemble permettant (entre autres) le guidage en rotation de la roue arrière d un véhicule de tourisme (cf. Document ressource 1- Plan de situation du produit «Roulement de train arrière» et Document ressource 2- Plan d ensemble du produit «Roulement de train arrière»). Du fait de la présence d éléments roulants, de sa fonction et des charges qu elle sera amenée à supporter, la bague extérieure doit répondre à un certain nombre de spécifications géométriques, d état de surface et de dureté (cf. Document ressource 3 - Plan fonctionnel de bague extérieure de roulement). Cette première étude a pour objectif de valider la corrélation entre le matériau de la pièce, les procédés d obtention qu elle devra subir et ces spécifications fonctionnelles. Une analyse structurée du processus du fabricant de ces pièces part donc d une analyse des spécifications. La cadence de production est de 2000 pièces par jour au maximum de la demande Relation Produit - matériau - procédé Problématique : Les contraintes économiques et techniques ont conduit le sous-traitant automobile à faire appel à un procédé d estampage avec frappes à mi-chaud (750 C) pour l obtention du brut de la bague extérieure. Un traitement est nécessaire pour obtenir les spécifications de dureté. Les surfaces fonctionnelles sont obtenues par enlèvement de matière. Cette partie a pour but d étudier le lien fort qu il existe entre

9 le matériau de la pièce, le produit que l on veut obtenir, et le procédé d obtention utilisé. Question 1. Explicitez les désignations normalisées des aciers C70E2U et 100Cr6 Question 2. Pourquoi le sous-traitant a-t-il choisi un acier de type C70E2U pour la bague extérieure, et un acier de type 100Cr6 pour la bague intérieure (quels sont les domaines d utilisation de ces aciers)? Question 3. Les surfaces fonctionnelles de la pièce repérées To2 et To3 (voir Document ressource 4 - Repérage des surfaces sur la bague extérieure finie) sont porteuses d une spécification de dureté d une valeur de 61 HRC en surface. Qu est-ce qui permet, fonctionnellement, de justifier une telle dureté? Pourquoi la dureté est-elle limitée dans la profondeur? Question 4. Proposez une description du (ou des) traitement(s) de la matière permettant d obtenir les spécifications ci-dessous pour la pièce étudiée, ainsi que des moyens nécessaires pour le (ou les) mettre en oeuvre. Une correspondance entre les différentes échelles de dureté est donnée dans le Document ressource 6. Dureté de surface : HRC ; Profondeur : 550 HV entre 2 et 4 mm ; Austénite résiduelle 6-8% ; Décarburation non admise ; Recherche absolue de la minimisation des déformations ; Traitement limité à la zone définie sur le dessin de définition. Question 5. Quelles contraintes ces traitements thermiques impliquent-ils sur l ordre chronologique des phases qui composent la gamme de fabrication de la bague extérieure? Justifiez votre réponse Étude mécanique : phase de finition de tournage Problématique : La phase de finition de tournage, postérieure aux traitements thermiques des chemins de roulement, permet l obtention de la géométrie de la portée du disque de frein. Le but de cette partie est d étudier la faisabilité de cette phase (Mise en Position, couple d entraînement, marquage de la surface d appui), au travers de l étude mécanique du portepièce et de ses caractéristiques (cinématique, effort de serrage ). Question 6. Proposez une analyse de la spécification géométrique 0.01 A B portée par les surfaces To2 et To3 (voir Document ressource 3 et Document ressource 4). Proposez un mode opératoire de contrôle de cette spécification.

10 On attend du candidat une description extrêmement précise du contenu de la spécification, utilisant le vocabulaire technique normalisé. Question 7. Justifiez l existence d une phase dédiée à la finition des surfaces (repérées dans le Document ressource 4 Co1, Pl1, To1, Cy1, Pl2, Cy2 Co2, Pl4, Co8, Co9, Cy9). Quelle doit être position de cette phase dans l ordre chronologique des phases qui composent la gamme de fabrication de la pièce? Question 8. À l aide d un schéma cinématique minimum, proposez une modélisation du porte-pièce, limité au système expansif des cinq coulisseaux et du système générateur d effort de maintien en position (voire Document ressource 7). Le schéma peut se limiter au dispositif de déplacement d un seul coulisseau. Question 9. Déterminez, pour les conditions de coupe données ci-dessous, le torseur d actions mécaniques de l outil sur la pièce lors de l opération de finition étudiée. Vous exprimerez ce torseur au point M, dans le repère R0 (cf Document ressource 7). Faites les hypothèses simplificatrices nécessaires, et exprimez le torseur pour la situation d usinage qui maximise sa (ou ses) composante(s) prépondérantes. Vous formulerez toutes les hypothèses nécessaires à votre calcul, proposez éventuellement des données complémentaires cohérentes. Données : - Vc = 120 m/min, R = 0,8 mm, f = 0,3 mm/tr, Ap = 1 mm ; - Morphologie et éléments de la géométrie de l outil de coupe (voir Document ressource 8) ; - Caractéristiques du couple outil matériau pour la détermination des efforts de coupe. L effort de coupe Fc est donné par : Fc = Kc. Ap. f Le coefficient Kc, composante de l effort spécifique de coupe par unité de surface, est donné par : Kc = Kc0. k1. k2

11 Les coefficients Kc0, k1 et k2 sont donnés ci-dessous : Aciers ordinaires Aciers fins (non alliés) MATIERES Kco (N/mm²) pour hm= 0,2 mm et = 0 S E C35 - C C45 C C Aciers alliés Acier au manganèse 16 Mn Cr Hm est l épaisseur du copeau Acier nickel chrome 10 Ni Cr Acier Chrome Molybdène 35 Cr Mo Acier inoxydable 3750 hm (mm) k k2 = (1 0,013. ) Question 10. Déterminez le couple mini d entraînement de la pièce en utilisant toutes les données à votre disposition et en émettant le cas échéant des hypothèses pertinentes pour traiter le calcul. Question 11. Calculez l effort de serrage axial à appliquer au montage pour réaliser l opération (direction de sollicitation du système générateur d efforts : axe de la broche). On tiendra compte d un coefficient de sécurité k=2, la direction de contact entre les coulisseaux et la bague extérieure est donnée Figure 1.

12 Figure 1. Détail de la géométrie du contact entre le porte-pièce et la bague extérieure Question 12. On ne peut pas admettre de déformation plastique des chemins de roulement. Justifiez qu on retienne la dureté comme caractéristique du matériau de la bague extérieure qui va limiter la force exercée par les coulisseaux (cf. Document ressource 9). Déterminez la valeur numérique de la limite mécanique à ne pas dépasser. Question 13. Compte tenu de la géométrie des surfaces en contact, proposez un modèle de contact local entre un coulisseau du montage d usinage et la surface de la pièce. À l aide du tableau et des données suivantes, dans le cadre du calcul d une pression au contact de Hertz (Document ressource 9), déterminez l effort maximal que l on peut appliquer à un coulisseau. Données : Dureté Brinell approximative d un acier de dureté 61 HRC : 650 dan/mm² ; E, module d élasticité longitudinale pour le matériau considéré : MPa. Question 14. Conclure quand à la faisabilité de la phase de finition des surfaces extérieures vis-à-vis de la reprise sur ce montage d usinage.

13 2 - Étude de la première phase d usinage en tournage de la bague extérieure du roulement Mise en situation : La phase de tournage d ébauche génère des surfaces usinées qui seront reprises après le traitement thermique qui va lui-même les déformer légèrement. Dans cette phase, l ordre des opérations est défini comme suit (cf. Figure 2. ) : Usinage intérieur complet, Usinage extérieur y compris la face d appui du disque, Dressage face arrière, Chanfreinages et cylindrage extérieurs. Figure 2. Surfaces usinées durant la phase d ébauche (en gras) La machine qui réalise cette phase est un tour vertical à commande numérique 2 axes. Elle est équipée d une seule tourelle de 12 emplacements d outil avec un attachement VDI 40. Le temps de changement d outils d un emplacement au suivant est de 0,5 seconde. La broche tourne à la fréquence maximale de 6000 tours/min et est animée d un mouvement de translation suivant X pour déposer la pièce usinée sur un convoyeur. Après la dépose, le convoyeur se déplace et le mandrin hydraulique de la broche reprend une pièce brute. Ensuite la broche retrouve sa position pour l usinage. Le temps de chargement/déchargement est de 4 secondes. Problème technique posé : Pour éviter les pertes de temps dues aux changements d outil, il est envisagé de réaliser tous les usinages intérieurs avec le même outil. Le but de l étude est de qualifier l usinage intérieur de la bague et de définir cet outil ainsi que les conditions de coupe qui lui sont associées.

14 R R R 31.5 R R R 26 R R R Figure 3. Définition géométrique nominale du profil intérieur Question 15. Exprimer sous forme littérale le temps d usinage d une partie torique To2 ou To3 des chemins de roulement (définition géométrique nominale du profil données Figure 3. ). Faire une application numérique en considérant les conditions de coupe suivantes : Vc = 250 m/min et f = 0,3 mm/tr. Données : croquis et paramétrage ci-dessous, valeurs numériques données Figure 3. x 1 2 r R Z

15 Question 16. Exprimer sous forme littérale le temps d usinage de l'opération de contournage du profil complet, en ébauche, défini ci-dessus par le dessin «Définition géométrique nominale du profil intérieur», dans les conditions globales définies ci-dessus. Question 17. Compte tenu du profil du chemin de roulement fini (cf. Figure 3. ), vérifier qu il est entièrement réalisable par la pointe de l outil (porte plaquette et plaquette définis ci-dessus) et proposer une solution technique d usinage pour pallier le défaut. Données : surépaisseur d usinage de l ordre de 0,2 mm ; définition détaillée de l outil de l opération de l usinage intérieur et désignation de la plaquette utilisée TNMG Hypothèse simplificatrice : r considéré nul Question 18. Étant donné le principe de rectification intérieure des chemins de roulement, proposer un profil d ébauche qui permet de réaliser la rectification intérieure dans des conditions de production optimisée. On cherche à uniformiser l usure de la meule. Données : principe de rectification intérieure, temps de rectification défini essentiellement par la trajectoire de plongée de la meule

16 BPP : Broche Porte Pièce BPM : Broche Porte Meule Question 19. Exprimer l épaisseur du copeau hm lors de l usinage d une partie torique To2 des chemins de roulement (définition géométrique nominale du profil données Figure 3. ) en fonction de l angle et d autres paramètres usuels. Faire une application numérique pour les 3 cas singuliers = 1, = /2 et = 2. 2 x 1 r R Question 20. Vérifier la fragmentation du copeau tout au long du profil, exprimer les conséquences d une non-fragmentation. Comment faire varier les paramètres pour ramener l usinage dans la zone de fragmentation? Z Données : désignation de la plaquette utilisée TNMG , nuance P25, référence Sandvik Coromant PM / CG4025, données techniques fournies par le carburier sur une plaquette similaire en géométrie de coupe

17 Exemple de diagramme de la plaquette CNMG Conception d un processus d usinage La société fabriquant les roulements de train arrière désire externaliser les phases d ébauche de la bague extérieure. L objectif est ici de définir dans le cadre d une étude de pré-industrialisation, l utilisation d un moyen moderne de production : un tour à commande numérique bi-broche, dont les caractéristiques générales sont données Document ressource 10. Les spécifications sont données Document ressource 11, et les courbes de couple et de puissance sont données Document ressource 12. Les surfaces à obtenir en ébauche correspondent aux surfaces finies : - Cy0, Co1, Pl1, Cy1, Pl2, Cy2, Co2, Pl3 ; - Co3, Cy3, Co4, Cy4, Co5, Cy5, To2, Cy6, To3, Cy7, Co6 Cy8 Co7 ; - Pl4, Co8, Co9 et Cy9. Question 21. Proposez une gamme permettant de réaliser les surfaces indiquées. Vous utiliserez le Document réponse 1. Vous définirez notamment : Le nombre et l enchaînement des phases nécessaires ; Les surfaces réalisées à chacune des phases ; Les opérations permettant d obtenir les surfaces (ordonnancement et désignation) ; La mise en position limitée aux normales de contact entre le porte-pièce et la pièce (première partie de la norme NF E ). Question 22. Pour une phase de votre choix, rédigez le contrat de phase correspondant, à partir des modèles proposés dans le Document réponse 2. Question 23. Pour une phase dont l intérêt vous semblera pertinent à détailler, rédigez le contrat de phase correspondant sur le Document réponse 2. Les deux sens d orientation de la pièce dans la machine y sont envisagés. Vous indiquerez clairement celui que vous retenez en biffant l autre et en mettant en couleur les surfaces usinées.

18 Vous définirez notamment : La mise en position (limitée aux surfaces de contact entre le porte-pièce et la pièce) ; Le maintien en position (assorti d une description technologique) ; La dénomination morphologique, fonctionnelle et dimensionnelle des outils utilisés ; Exemples de dénomination des outils : - Fraise à lamer 11, pilote 6 ; - Fraise conique à bout torique et à coupe centrale 6, 2, R 1,5 ; - Outil à charioter/dresser Larète= 8mm, R = 0,8mm, r = 95, r = 80, corps 20x20. Question 24. En vous appuyant sur la cotation fonctionnelle donnée sur dessin de définition de la pièce (cf. Document ressource 3), sur vos connaissances propres en fabrication, proposez une simulation d usinage qui permettrait de déterminer quantitativement la cotation de fabrication. Consignes complémentaires : Vous utiliserez le Document réponse 3 «Support pour simulation d usinage». Une résolution numérique n est pas demandée, mais vous ferez apparaître le détail de la résolution vectorielle unidirectionnelle de la cotation de fabrication. Vous illustrerez votre démarche par le traitement littéral et numérique de la cote «C1» portée sur le Document réponse 3. Question 25. Proposez la cotation de fabrication pour la phase que vous aurez détaillée en Question 23. (seuls les intervalles de tolérance déterminés à la question précédente seront explicités).

19 Deuxième partie Exercice pédagogique (Durée : 2 heures) Cette partie permet d évaluer les capacités des candidats à utiliser le support proposé pour élaborer un exercice d évaluation des connaissances et méthodes acquises par les élèves. Cet exercice est situé dans un processus d apprentissage. Le professeur d une section de technicien supérieur IPM (Industrialisation des Produits Mécaniques) a la charge de préparer la situation de CCF (Contrôle en Cours de Formation) de la sous épreuve E61 : Lancement d une production. La définition de la sous épreuve est donnée en annexe : extrait du référentiel et des repères pour la formation et d évaluation. Il s agit d une évaluation certificative d un ensemble pertinent de compétences terminales et une compétence doit être évaluée une seule fois. Le professeur (ou le formateur) a la responsabilité de l élaboration de l épreuve et de sa mise en œuvre dans le cadre défini par le référentiel de formation et de certification. Elle repose sur une activité de la progression pédagogique. Il n'y a pas d'impératif à une présence constante du professeur à tous les moments du processus d évaluation car il assure en même la continuité de la formation des autres étudiants du groupe. L organisation est sous la responsabilité du chef d établissement. Question 26. La bague extérieure du roulement constitue-t-elle un support utilisable pour cette épreuve? Si oui, quelle serait la phase d usinage à proposer prioritairement au candidat? Question 27. Parmi les moyens à mettre à disposition, préciser le type de machine qui serait le mieux adapté à la phase d usinage choisie. Question 28. Parmi les documents à fournir au candidat, définir ceux qui ne sont pas dans le présent dossier du sujet. Question 29. Proposer au chef d établissement un déroulement de l épreuve avec un groupe de 15 étudiants maxi (nombre de candidats par session, ordre de passage des candidats, distribution des sujets aux candidats, durée maximale de l épreuve, occupation des étudiants non candidats à la session, ) Question 30. Écrire l énoncé du travail demandé de l activité proposée comme évaluation au candidat. Question 31. Proposer un protocole d évaluation en tenant compte la fiche nationale de notation (heures de contrôle, points à évaluer, éléments de réponse à consigner, temps d archivage des éléments de réponse,...)

20 Document ressource 1 - Plan de situation du produit «Roulement de train arrière»

21 Document ressource 2 - Plan d ensemble du produit «Roulement de train arrière» A A Coupe A-A

22 Document ressource 3

23 Cy10_3 Cy9_2 A Document ressource 4 - Repérage des surfaces sur la bague extérieure finie Cy10_4 Cy0 Co1 A Cy9_1 Cy10_1 Pl1 Co8 Co9 Pl4 Cy9 Cy1 Pl2 Cy2 Co2 Co7 Cy8 Co6 Cy7 Cy3 Co4 Cy4 Cy5 Pl3 Co3 To3 To2 Cy10_2 Cy6 Co5 Coupe A-A

24 Co7b Cy3b Co6b Pl2b Co5b To3b Cy2b Document ressource 5 - Repérage des surfaces sur la pièce brute To0 Pl3b A Co1 Co2 Pl1 To1 Co3 Pl1b Co4b Cy1b To2b Coupe A-A A

25 Document ressource 6 - Tableau de correspondance indicative entre les échelles de dureté

26 Document ressource 7 - Plan d ensemble du montage d usinage 136 Partie solidaire du mandrin de la machine Pl1 R 6.87 Coulisseaux R 7.07 Pièce 51 Coulisseaux 58.3 Axe de la broche Système générateur d'efforts M Z Repère R0 Point O aligné avec Pl1 Distance OM=23mm O X Coulisseau Position Desserrage Maxi Position Serrage Maxi Note : Outillage permettant la reprise d une variante de la pièce proposée (épaulement extérieur du côté des surfaces To2 et To3)

27 Document ressource 8 - Morphologie de l outil double de finition extérieure (opération de reprise) Note : Outil permettant la reprise d une variante de la pièce proposée (épaulement extérieur du côté des surfaces To2 et To3) voir dessin d ensemble du porte-pièce de reprise (Document ressource 7)

28 Document ressource 9 - Formulaire des pressions au contact Symboles et unités : - c : contrainte de compression dans l axe du contact en N/mm² ; - F : effort normal de contact en N ; - D : diamètre en mm ; - R : rayon en mm ; - L : longueur de contact en mm ; - S : section en mm² ; - E : module d élasticité longitudinale en N/mm². Pression au contact admissible (valeurs empiriques), dureté Brinell donnée en dan/mm² : - Contact ponctuel statique : 0,35 HB ; - Contact linéaire, charge statique : 0,7 HB ; - Contact avec charge dynamique : 0,25 HB. Hypothèses d utilisation des formules : - Modules d élasticité longitudinale des deux matériaux identiques E = E1 = E2 ; - Coefficient de Poisson des deux matériaux identiques 1 = 2 = 0,3 (acier). Contacts surfaciques Plan - plan F c = F S S Cylindre dans cylindre creux sans jeu F c = F L.D L D

29 Contact linéique suivant Hertz Cylindre dans cylindre creux avec jeu R1 R2 c =0,417. F.E L. 1 R2-1 R1 Cylindres extérieurs R2 c =0,417. F.E L. 1 R2 + 1 R1 R1 Cylindre extérieur - plan L R c =0,417. F.E L. 1 R

30 Contact ponctuel suivant Hertz Sphère pleine dans sphère creuse R1 R2 c =0, F.E 2. 1 R2-1 2 R1 Deux pleines sphères R2 R1 c =0, F.E 2. 1 R R1 Sphère sur plan R c =0, F.E R

31 Document ressource 10 - Caractéristiques générales tour Spinner

32 Document ressource 11 - Spécifications tour Spinner

33 Document ressource 12 - Courbes de puissance et couple tour Spinner

34 Document ressource 13 - Définition de la sous épreuve E61 de lancement de production du BTS IPM

35 Document ressource 14 - Fiche d évaluation de la sous épreuve E61 du BTS IPM

36 Document ressource 15 - Extraits des repères pour la formation en STS IPM concernant la sous épreuve E61

37 Document réponse 1 - Support pour la définition de la gamme de la bague extérieure Document n (numéroter tous les documents) Ensemble : Élément : Nombre : Matière : Analyse d usinage Numéro des Phases Désignation des phases, Opérations d usinage Machine outil, Appareillage Croquis de la pièce

38 Document n (numéroter tous les documents) Ensemble : Élément : Nombre : Matière : Analyse d usinage Numéro des Phases Désignation des phases, Opérations d usinage Machine outil, Appareillage Croquis de la pièce

39 Document n (numéroter tous les documents) Ensemble : Élément : Nombre : Matière : Analyse d usinage Numéro des Phases Désignation des phases, Opérations d usinage Machine outil, Appareillage Croquis de la pièce

40 Document réponse 2 - Contrat de phase vierge Contrat de phase. Ensemble : Pivot essieu arrière Pièce : Bague extérieure Biffer la silhouette non utilisée et repérer en couleur les surfaces usinées Désignation opération Désignation Outil Vc m/min Fz mm/tr mm/dt N Tr/min Vf mm/min Ap T min

41 Contrat de phase. Ensemble : Pivot essieu arrière Pièce : Bague extérieure Biffer la silhouette non utilisée et repérer en couleur les surfaces usinées Désignation opération Désignation Outil Vc m/min Fz mm/tr mm/dt N Tr/min Vf mm/min Ap T min

42 Document réponse 3 - Support pour simulation d usinage C1

43 Support pour simulation d usinage C1

44 ÉLÉMENTS DE CORRECTION ET COMMENTAIRES DE LA PREMIÈRE ÉPREUVE D ADMISSIBILITÉ ÉTUDE D UN SYSTÈME MÉCANIQUE Michel Loisy, Inspecteur Académique, Inspecteur Pédagogique Régional Olivier Rossi, Professeur Agrégé de Génie Mécaniqu Agrégation Interne de Génie Mécanique Session 2008 Éléments de correction Première Épreuve 1

45 PREMIÈRE PARTIE ANALYSE MÉCANIQUE ET TECHNOLOGIQUE D UN PROCESSUS DE PRODUCTION D UNE BAGUE EXTÉRIEURE DE ROULEMENT 1. Première étude : analyse du processus du fabricant, étude de l ensemble produit matériau procédé 1.1. R ELATION P RODUIT - MATÉRIAU - PROCÉDÉ Question 1 100Cr6 Explicitez les désignations normalisées des aciers C70E2U et La désignation normalisée des matériaux fait partie du socle de connaissances nécessaires à la pratique du Génie Mécanique. Il est donc indispensable que les candidats en maîtrisent les no tations fondamentales. Toutefois, vu le très grand nombre de codiþcations normalisées relati ves aux utilisations spéciþques des nuances d acier notamment, il ne peut être demandé aux candidats d en connaître l intégralité. Pour des notations particulières, un recours à la norme peut être nécessaire. Il ne se justiþe toutefois pas pour le matériau constitutif principal et de ses éléments de composition dans le cas par exemple du carbone ou d addition. C70 : acier non allié de type C caractérisé par le pourcentage de carbone multiplié par 100, soit 0,7 carbone. Les caractéristiques mécaniques de cet acier pourront être améliorées par un traitement thermique type trempe puis revenu. E2 : Précise la teneur maximale en soufre de l'acier soit ici 2 maxi. Le soufre est présent dans l'acier et doit être enlevé lors de l'élaboration s'il n'est pas souhaité. La présence de soufre permet une meilleure lubriþcation lors de la coupe. U : Indique l utilisation possible de l acier pour la fabrication d outils. 100Cr6 : Acier faiblement allié éléments d'addition à moins de 5 comportant 1 de car bone et 1,5 de Cuivre. Éléments de correction Première Épreuve 2

46 Question 2. Pourquoi le soustraitant atil choisi un acier de type C70E2U pour la bague extérieure, et un acier de type 100Cr6 pour la bague intérieure? L utilisation de l acier C70E2U se justiþe par un ensemble de critères technologiques et éco nomiques : l acier C70E2U est moins coûteux que le 100Cr6, pour une pièce de plus grande masse ; la bague extérieure est composée de formes géométriques plus complexes que la bague intérieure. Il est donc intéressant d utiliser un mode d obtention de brut qui permette d approcher la forme Þnale et qui limite donc la perte matière sous forme de copeaux. Le C70E2U est adapté à la forge, il constitue donc une solution intéressante pour la réa lisation de la pièce ; la teneur en carbone du C70E2U permet d envisager un traitement thermique qui peut être nécessaire à certains endroits de la pièce fortement sollicités par une pression de contact importante ; le C70E2U présente la résilience nécessaire pour résister aux chocs rencontrés lors du roulage du véhicule. L utilisation de l acier 100Cr6 pour la bague intérieure du roulement se justiþe notamment par : sa tenue aux traitement thermiques, favorisée par la présence de chrome ; ses meilleures caractéristiques mécaniques que le C70E2U vis à vis des contraintes fonctionnelles du problème ; son coût plus élevé est contenu par la relative simplicité géométrique des pièces de la bague intérieure, leur faible masse et l existence d ébauches creuses permettant de limi ter l enlèvement de matière. Question 3. Les surfaces fonctionnelles de la pièce repérées To2 et To3 voir Document ressource 4 Repérage des surfaces sur la bague extérieure Þniesont porteuses d une spéciþcation de dureté d une valeur de 61 HRC en surface. Qu estce qui permet, fonctionnellement, de justiþer une telle dureté? Pourquoi la dureté estelle limitée dans la profondeur? La dureté pour les surfaces To2 et To3 est justiþée par les sollicitations exercées par les billes pendant la rotation du roulement lors d utilisation de l'automobile. La pression étant importante au niveau de la surface de contact billes/chemin de roule ment, la dureté superþcielle permet d'éviter la déformation plastique de la surface au niveau du contact billes/cage de roulement ; Éléments de correction Première Épreuve 3

47 En limitant la dureté importante à une très faible profondeur, cela permet de garantir les qualités de contact billes/surface de roulement tout en ayant dans la masse de la cage extérieure les caractéristiques mécaniques résilience, élasticité permettant d'encaisser les chocs et les vibrations constatés lors du roulage. Question 4. Proposez une description du ou destraitementsde la matière permettant d obtenir les spéciþcations cidessous pour la pièce étudiée, ainsi que des moyens nécessaires pour le ou lesmettre en oeuvre. : Dureté de surface : 6164 HRC ; Profondeur : 550 HV entre 2 et 4 mm ; Austénite résiduelle 68 ; Décarburation non admise ; Recherche absolue de la minimisation des déformations ; Traitement limité à la zone déþnie sur le dessin de déþnition. Il existe de nombreux moyens d obtenir les caractéristiques déþnies cidessus. En considérant la complexité des procédés industriels et le faible temps dont disposent les candidats, il n est pas envisageable de déþnir intégralement le traitement de la matière envisagé. L objectif de cette question est de proposer un point de départ qui servira de base à l élaboration d une gamme de traitement, gamme de traitement qui sera intégrée dans la gamme de réalisation de la pièce. Vu le pourcentage en carbone de la pièce, on peut envisager un ensemble trempe et revenu aþn d obtenir la dureté de surface de 61 à 64 HRC. Le pourcentage d austénite résiduelle et l ab sence de décarburation seront obtenus par une détermination du cycle de trempe et de revenu approprié. En l absence de courbes de refroidissement, les paramètres des cycles n étaient pas demandés. Le traitement doit satisfaire les contraintes suivantes : Profondeur : 550 HV entre 2 et 4 mm ; Recherche absolue de la minimisation des déformations ; Traitement limité à la zone déþnie sur le dessin de déþnition Ces contraintes indiquent que le traitement doit impérativement concerner les chemins de roulement et seulement ceuxci, avec une prise de la trempe en surface. L utilisation d un induc Éléments de correction Première Épreuve 4

48 teur de forme appropriée permet de chau er rapidement la surface de la pièce par induction, maîtrisant ainsi l épaisseur constante de la profondeur de trempe. La refroidissement peut être pratiqué à l aide d une douche sur les surfaces intérieures de la pièce. Question 5. Quelles contraintes ces traitements thermiques impliquentils sur l ordre chronologique des phases qui composent la gamme de fabrication de la ba gue extérieure? JustiÞez votre réponse. La trempe, bien que localisée, a une inßuence sur la géométrie de la pièce. Il est donc indispen sable de placer celleci avant les opérations de Þnition des surfaces fonctionnelles de la pièce. La trempe sera postérieure aux opérations d usinage en ébauche intérieures et extérieures É TUDE MÉCANIQUE : PHASE DE FINITION DE TOURNAGE Question 6. Proposez une analyse de la spéciþcation géométrique portée par les surfaces To2 et To3 voir Document ressource 3 et Document res source 4. Proposez un mode opératoire de contrôle de cette spéciþcation. L analyse de la spéciþcation géométrique passe par une utilisation rigoureuse du vocabulaire normalisé. Chaque entité doit être déþnie aþn de ne pas laisser de place à l in terprétation. Type de spéciþcation SpéciÞcation générale de forme s appliquant aux deux surfaces réelles réputées toriques To2 et To3. Éléments réels de référence Les éléments de référence sont au nombre de 2 : la surface réelle réputée plane notée ER_A ; la surface réelle réputée cylindrique notée ER_B. Surface réelle tolérancée La surface spéciþée est la surface réelle composée des deux portions de tore To2 et To3. La spé ciþcation géométrique est respectée si chaque point de la surface est contenu dans la zone de tolérance. Éléments de correction Première Épreuve 5

49 Référence idéale extraite La référence primaire A est le plan tangent extérieur matière à ER_A minimisant le défaut de forme. La référence secondaire B est la ligne médiane parfaite perpendiculaire à A du plus petit cylindre tangent extérieur matière au cylindre réel ER_B. La référence primaire est un plan enveloppe du coté libre de la matière à la surface réputée plane A associée de façon à minimiser le défaut de forme de la surface plane. La référence se condaire est une droite perpendiculaire à la référence primaire passant par le centre du cercle réel B. Zone de tolérance La zone de tolérance est comprise pour chacune des surfaces To2 et To3, entre deux surfaces toriques distantes de 0,01 mm réparties symétriquement autour d une surface torique aux di mensions nominales déþnies comme suit : le rayon du cercle générateur du tore est de 7,07 mm ; le rayon du cercle directeur que parcourt le centre du cercle générateur est de 46,98 mm ; le cercle directeur est centré sur la référence B et parallèle à la référence A ; pour To2, le cercle directeur est à une distance de 15,15 mm de A pour To3, le cercle directeur est à une distance de 30,85 mm de A. Protocole de contrôle Sur machine à mesurer tridimensionnelle associée à un logiciel permettant la gestion des to res : mise en place de la pièce à contrôler de manière à ménager une accessibilité des surfa ces de référence et des surfaces à contrôler par exemple, axe de révolution de la pièce parallèle au marbre de la machine à mesurer ; palpage de la surface A, association d un élément idéal tangent extérieur matière mini misant le défaut de forme si l algorithme du logiciel le permet, sinon création d un plan des moindres carrés ; palpage de la surface B considérée comme un cercle, création d une droite perpendicu laire à A passant par le centre réel projeté de B ; construction des zones de tolérance toriques de To2 et To3 à partir des informations données cidessus ; palpage de la surface réelle To2 avec palpeur permettant l accessibilité des surfaces inté rieures ; Éléments de correction Première Épreuve 6

50 comparaison de la position des points de To2 avec la zone de tolérance associée ; palpage de la surface réelle To3 avec palpeur permettant l accessibilité des surfaces inté rieures ; comparaison de la position des points de To3 avec la zone de tolérance associée ; conclusion et édition du rapport de contrôle. Question 7. JustiÞez l existence d une phase dédiée à la Þnition des surfaces repérées dans le Document ressource 4 Co1, Pl1, To1, Cy1, Pl2, Cy2 Co2, Pl4, Co8, Co9, Cy9. Quelle doit être position de cette phase dans l ordre chronologique des phases qui composent la gamme de fabrication de la pièce? La phase de Þnition des surfaces de révolution extérieures Co1, Pl1, To1, Cy1, Pl2, Cy2 Co2, Pl4, Co8, Co9 et Cy9 se justiþe au travers de plusieurs points : le traitement thermique lié aux surfaces To2 et To3, bien que localisé, risque d a ecter la partie radiale de la pièce : la spéciþcation de planéité pourrait ne pas être respectée ; les spéciþcations et imposent un position nement relatif de la ligne d alésage et des surfaces circulaires extérieures par rapport à la surface de référence B. La phase de Þnition des surfaces repérées doit avoir lieu après l usinage des surfaces intérieures et le traitement thermique associé aux chemins de roulement. Suivant le procédé de superþnition envisagé rectiþcation intérieure, rodage ou autre procédé, il peut être préférable d e ectuer la Þnition des surfaces extérieures préalablement aþn de faci liter la reprise et le balançage de la pièce. Question 8. À l aide d un schéma cinématique minimum, proposez une modélisa tion du portepièce, limité au système expansif des cinq coulisseaux et du système générateur d eort de maintien en position. Le schéma peut se limiter au dispositif de déplacement d un seul coulisseau. Le schéma cinématique minimum du porte pièce se compose de trois éléments : le bâti du porte pièce, repéré 1, lié complètement à la broche de la machine ; le système générateur d e orts, repéré 2 ; Éléments de correction Première Épreuve 7

51 le coulisseau, repéré 3. Question 9. Déterminez, pour les conditions de coupe données cidessous, le torseur d actions mécaniques de l outil sur la pièce lors de l opération de Þnition étudiée. Vous exprimerez ce torseur au point M, dans le repère R0 cf Document ressource 7. Faites les hypothèses simpliþcatrices nécessaires, et exprimez le tor seur pour la situation d usinage qui maximise sa ou sescomposantesprépondé rantes. Vous formulerez toutes les hypothèses nécessaires à votre calcul, propose rez éventuellement des données complémentaires cohérentes. Éléments de correction Première Épreuve 8

52 Soit P le point générateur de l outil lors de l opération de Þnition. Au point P, le torseur des ac tions mécaniques de l outil sur la pièce est de la forme : Hypothèse : le torseur est assimilé à un glisseur, on a donc en P : Où R y est la composante d e ort dans la direction de la vitesse de coupe. On la considère prépondérante par rapport aux autres composantes. La composante R y, égale à la force F c de coupe a pour expression, d après le sujet : On donne Ap = 1 mm et f = 0,3 mm/tr. R y = K c Ap. f L acier C70E2U ne Þgure pas dans le tableau proposé, on peut supposer un K c0 pour hm = 0,2 mm et = 0 légèrement supérieure à celui du C60. On considérera K c0 = 3000 N/mm 2. Le coe cient k1 est fonction de l épaisseur de copeau hm. Comme : hm = f. sin r Et qu au vu de la silhouette de l outil donnée dans le document ressource 8, on peut faire l hy pothèse de r = 95, on obtient : hm = 0,298 mm soit 1 = 0,89 Le sujet ne donne pas d information numérique sur la valeur de, toute valeur numérique réa liste était donc admise. On prendra pour la suite du calcul = 8, ce qui donne : D où : 2 = 0,896 R y = 718 N Le torseur des actions mécaniques de l outil sur la pièce au point P peut donc être exprimé sous la forme : Éléments de correction Première Épreuve 9

53 Les composantes Rx et R n étant pas évaluées hypothèse : Ry prépondérant. La question 9 demande l expression du torseur des actions mécaniques de l outil sur la pièce au point M, appartenant à l axe de rotation du montage d usinage. Le transport de ce torseur au point M donne : Avec OM = 23 mm, et D le diamètre sur lequel usine l outil de Þnition. La situation de l outil par rapport à la pièce qui maximise les composantes du torseur d actions mécaniques est donc celle qui correspond à un diamètre D maximal. Dans cette situation, D = 129 mm, l application numérique donne : Les composantes de la résultante sont données en Newton, les composantes du moment sont données en Newton.mètre. Question 10. Déterminez le couple mini d entraînement de la pièce en utilisant toutes les données à votre disposition et en émettant le cas échéant des hypothèses pertinentes pour traiter le calcul. La pièce est en liaison complète avec le porte pièce et soumise à l action de l outil. Le poids étant négligé, le couple d entraînement que doit transmettre la liaison entre la pièce et le porte pièce est donc lié à la composante de rotation du torseur d actions mécanique de l outil sur la pièce. Au vu de la morphologie du porte pièce, l aspect le plus pénalisant pour la liaison entre la pièce et le porte pièce est l arrêt en rotation autour de l axe Z par adhérence des coulisseaux sur la pièce. Éléments de correction Première Épreuve 10

54 On prendra donc comme valeur mini du couple d entraînement la valeur de la composante en Z du torseur des actions mécaniques de l outil sur la pièce. Elle pourra être modiþée par un coef Þcient de sécurité précisé plus loin. Question 11. Calculez l eort de serrage axial à appliquer au montage pour réali ser l opération direction de sollicitation du système générateur d eorts : axe de la broche. On tiendra compte d un coecient de sécurité k=2, la direction de contact entre les coulisseaux et la bague extérieure est donnée Figure 1. On rappelle le schéma cinématique minimal du porte pièce : Le système générateur d e orts est soumis aux actions mécaniques : du système hydraulique de serrage ; du bâti du portepièce ; du coulisseau Éléments de correction Première Épreuve 11

55 Hypothèses : le coe cient de frottement entre le système générateur d e orts et le coulisseau est considéré nul ; le problème est plan. L isolation du système générateur d e ort et l écriture du principe fondamental de la statique en translation sur l axe Z donne pour un coulisseau : F = F coulissean/sge. sin Comme le système comporte 5 coulisseaux, on a : Hypothèse : on considère F pièce/coulisseau 1 = F pièce/coulisseau 2 ; la relation entre F pièce/coulisseau 1, F pièce/coulisseau 2 et F SGE/coulisseau est établie dans le plan ZX. Compte tenu des hypothèses précédentes, l équilibre du coulisseau, écrit en translation sur l axe X, donne : F pièce/coulisseau 1 sin60f pièce/coulisseau 2 sin60 + F SGE/coulisseau cos = 0 Soit, en faisant la relation entre F SGE/coulisseau et F : Éléments de correction Première Épreuve 12

56 La pièce isolée, l équilibre entre le couple généré par l outil et celui généré par les coulisseaux s écrit : Avec : nb coulisseau, nombre de coulisseaux ; R coulisseau, rayon sur lequel s e ectue le contact entre la pièce et le coulisseau ; f, coe cient de frottement du couple pièce/coulisseau ; On a donc : Soit : Question 12. On ne peut pas admettre de déformation plastique des chemins de roulement. JustiÞez qu on retienne la dureté comme caractéristique du matériau de la bague extérieure qui va limiter la force exercée par les coulisseaux cf. Document ressource 9. Déterminez la valeur numérique de la limite mécanique à ne pas dé passer. C est la dureté de la bague extérieure qui va conditionner la nonpénétration des billes dans les chemins de roulement. La grandeur calculée sera donc homogène à une pression au contact. Selon le formulaire donné en annexe, on va limiter la valeur de la pression au contact entre les billes et la bague extérieure à 0,25HB dan/mm 2, HB étant la dureté Brinell de la pièce. Pour une pièce de dureté 61 HRC, la dureté Brinell indicative correspondante est de 650 HB. On a donc une contrainte maximale de contact contact maxi de 1625 N/mm 2 Éléments de correction Première Épreuve 13

57 Question 13. Compte tenu de la géométrie des surfaces en contact, proposez un modèle de contact local entre un coulisseau du montage d usinage et la surface de la pièce. À l aide du tableau et des données suivantes, dans le cadre du calcul d une pression au contact de Hertz Document ressource 9, déterminez l eort maximal que l on peut appliquer à un coulisseau. Un modèle de contact acceptable compte tenu de la géométrie des surfaces de la bille et du chemin de roulement est un contact sphère pleine dans sphère creuse. C est le cas le plus res trictif en contact intérieur. Avec : On obtient : Question 14. Conclure quand à la faisabilité de la phase de Þnition des surfaces extérieures visàvis de la reprise sur ce montage d usinage. Comme On peut conclure à la faisabilité de l opération de Þnition. Éléments de correction Première Épreuve 14

58 2. Étude de la première phase d usinage en tournage de la ba gue extérieure du roulement Question 15 Exprimer sous forme littérale le temps d usinage d une partie tori que To2 ou To3 des chemins de roulement en ébauche. 2 x r 1 Calcul des 2 angles 1 et 2 limitant le profil torique : Sin 1 = (29,85 23,49)/7,07 = 0, = 1,118 rad = 64,092 2 = - arcsin (26 23,49)/7,07 = 0, = 2,799 rad = 160,427 R Z Calcul de la longueur du profil usiné Lu : Lu = r (2-1) Lu = 7,07(2,799-1,118) = 11,884 mm or Donc Finalement AN : T = 1,452 s Question 16 Faire le calcul du temps d ébauche intérieure avec un outil coupant dans les conditions globales déþnies cidessus. Pour les chanfreins de 15 : T = L/cos.2R+L.tan/2/f.1000Vc Pour un cylindre de longueur L : T = L.2 R/f.1000Vc Pour un cône de demi angle au sommet : T = Ri1R/sin. Ri1+R/f.1000Vc Éléments de correction Première Épreuve 15

59 Longueur projetée Rayon Angle Temps L en mm R en mm en T en min Chanfrein 0,75 30, ,00196 cylindre 7,55 30,0125 0,01898 cône 29, ,00218 cylindre 14,82 29,575 0,03672 cône 29, ,00137 cylindre 4,71 29,85 0,01178 tore calcul précédent 0,02955 cylindre 2, ,00540 tore calcul précédent 0,02955 cylindre 0,91 29,85 0,00228 cône 31,5-40 0,00660 cylindre 3,84 31,5 0,01013 Chanfrein 1,15 31,5 15 0,00316 Temps en minute 0,15967 Temps en seconde 9,58 Question 17 Compte tenu du proþl du chemin de roulement Þni, vériþer qu il n est pas entièrement réalisable par la pointe de l outil Usinage non désiré : Hypothèse : r nul Une plaquette triangulaire est intéressante ici car elle permet en ébauche de contourner l'ensemble du contour. Sa situation symétrique par rapport à la direction radiale est intéressante pour réaliser les usinages "montants" et "descendants" du contour en partie symétrique. Par contre la surépaisseur ne sera pas respectée sur les surfaces toriques au niveau du cylindre de diamètre 52 mm car la direction de la surface à usiner à la sortie du tore To2 est de 69,2 alors que l'angle de direction d'arête de l'outil r est de 60 voir dessin cidessus. Pour pallier ce problème, il faudrait un outil ayant un angle de direction r d'arête principale et de direction d'arête secondaire r de 70 mini et par conséquent un angle de pointe r de 40 pour respecter la géométrie complète du contour. Éléments de correction Première Épreuve 16

60 Question 17. Étant donné le principe de rectiþcation intérieure des chemins de roulement, proposer un proþl d ébauche qui permet de réaliser la rectiþcation intérieure dans des conditions de production optimisée. On cherche à uniformiser l usure de la meule Il est souhaitable pour des raisons de productivité que les temps d'usinage en tout point du proþl soient identiques, ce qui est possible ici à condition que la rectiþcation commence au même instant en tout point du proþl, d'où l'intérêt de déþnir un proþl particulier résultant de la semiþnition en tournage. Le contour recherché est déþni par une translation du proþl Þnal souhaité dans la direction radiale d'une valeur égale à la surépaisseur pour la rectiþcation intérieure. Pièce Surépaisseur faible Meule 0,3 Or la surépaisseur pour la rectiþcation est par endroits très faible ; ce qui ne garantit pas la qualité de la réalisation de la surface torique sillon et arrachements de l outil coupant. En tenant compte de la forme de la plaquette triangulaire, le contour Þnal peut alors se compo ser en une partie du proþl translaté et en une partie rectiligne obtenue par l arête de la pla quette voir dessin cidessous. Éléments de correction Première Épreuve 17

61 Question 19. Exprimer l épaisseur du copeau hm lors de l usinage d une partie torique To2 des chemins de roulement f hm r 1 r ; AN : hm1 = 0,299 mm 0,3 mm De même, on obtient : ; AN : hm /2 = 0,259 mm ; AN : hm2 = 0,048 mm valeur négative On constate que l épaisseur du copeau évolue au cours du proþl. La variation est décroissante partant d une valeur égale à l avance a chée f = 0,3 mm vers une valeur Þnale négative en pas sant par une valeur nulle vers = 2 /3. La fragmentation du copeau n est pas assurée ; en par ticulier vers la valeur de 2 /3 car l épaisseur du copeau hm devrait supérieure à 0,2 mm largeur du listel de l arête de coupe pour une coupe optimale. Pour améliorer la fragmentation du copeau, il faut choisir une plaquette avec une autre géomé trie de brise copeaux permettant une bonne fragmentation pour une épaisseur de copeau plus faible. Sinon on peut augmenter, par programmation, la valeur de l'avance f dans les zones à risque. Éléments de correction Première Épreuve 18

62 3. Conception d un processus d usinage Question 21. Proposez une gamme permettant de réaliser les surfaces indiquées. Vous utiliserez le Document réponse 1. On a pu identiþer lors de la partie précédente un problème lié à l usinage des parties toriques par le même outil à plaquette triangulaire. La gamme proposée ici permet d y apporter une so lution en séparant l usinage des deux portions toriques. Cette solution reste indicative et n a pas été validée industriellement. En e et, les deux surfaces servant de reprise pour la phase de Þnition étudiée précédemment, il est important de vériþer que le défaut de coaxialité entre To2 et To3 n engendre pas un défaut remettant en cause le processus. Le perçage et taraudage des trous Cy9_i et Cy10_i était possible ici, mais non demandé dans le sujet. La correction proposée n inclue donc pas les opérations relatives à ces surfaces. Les surfaces usinées sont repérées en rouge. Éléments de correction Première Épreuve 19

63 Ensemble : Roulement train arrière Élément : Bague extérieure N Phase Désignation des phases, opéra tion d usinage 10 Ébauche extérieure Cy0Pl3 Outil à charioter/dresser, plaquette rhombique 80 DemiÞnition Cy0Pl3 Outil à charioter/dresser, plaquette rhombique 80 Ébauche intérieure Co1Cy6 Outil à aléser/dresser, pla quette rhombique 80 DemiÞnition intérieure Co1Cy6 Outil à aléser, plaquette triangulaire Kr=90 Matière : C70E2U Machine outil, appareillage Centre de tournage Spinner bibroche Broche principale Montage d usinage spéciþque, indexa tion en rotation sur bossage de la pièce Analyse d usinage Croquis de la pièce 20 Ébauche extérieure Cy9To3 Outil à charioter/dresser, plaquette rhombique 80 DemiÞnition Cy0Pl3 Outil à charioter/dresser, plaquette rhombique 80 Ébauche intérieure Co1Cy6 Outil à aléser/dresser, pla quette rhombique 80 DemiÞnition intérieure Co1Cy6 Outil à aléser, plaquette triangulaire Kr=90 Centre de tournage Spinner bibroche Prise dans la con trebroche, mors doux Le sujet comporte une erreur de composition : la question 22 est une version dégradée de la question 23. Les candidats ont spontanément répondu à la question 23. Éléments de correction Première Épreuve 20

64 Question 23. Pour une phase dont l intérêt vous semblera pertinent à détailler, rédigez le contrat de phase correspondant sur le Document réponse 2. Les deux sens d orientation de la pièce dans la machine y sont envisagés. Vous indiquerez clai rement celui que vous retenez en biant l autre et en mettant en couleur les surfa ces usinées. Pour plus de clarté, seule une des deux positions de la pièce est envisagée. La cotation de fabrication envisagée est partielle elle ne contient que des cotes dimensionnel les bilimites. Les outils proposés ont une géométrie la plus robuste possible, et un outil à plaquette triangu laire est utilisée pour l intérieur. L angle principale de direction d arête de 90 est utilisé pour éviter l interférence avec la géométrie de la pièce. Les rayons de bec et conditions de coupe sont indicatifs et non optimisés pour l utilisation proposée. Éléments de correction Première Épreuve 21

65 Éléments de correction Première Épreuve 22

66 Les questions 24 et 25 seront traitées ensemble. Question 24. En vous appuyant sur la cotation fonctionnelle donnée sur dessin de déþnition de la pièce cf. Document ressource 3, sur vos connaissances propres en fabrication, proposez une simulation d usinage qui permettrait de déterminer quantitativement la cotation de fabrication. Question 25. Proposez la cotation de fabrication pour la phase que vous aurez détaillée en Question 23. seuls les intervalles de tolérance déterminés à la question précédente seront explicités. Cette question avait pour objectif la mise en place des éléments indispensables à une simula tion d usinage. Le sujet ne présentant pas l intégralité de la gamme de réalisation de la pièce, et compte tenu du temps imparti à l épreuve, il n était pas possible ni demandé de déterminer la totalité des cotes fabriquées. La solution d usinage n étant pas unique, la solution proposée ici n est qu une parmi d autres. Seule la cote de fabrication du contrat de phase détaillé liée à la réalisation des surfaces con cernées par la cote C1 faisait l objet d une évaluation. Les repères donnés à partir de maintenant sont ceux du paramétrage cidessous. La cote C1 est entre une surface brute repérée 5 et une surface usinée lors de la Þnition sur le montage spécial de reprise repérée 6. On peut donc la contrôler à l issue de la phase 30. La phase 10, telle qu elle est proposée ici, permet d obtenir la surface intermédiaire repérée 7. On pourra s intéresser ici donc à la cote fabriquée concernant la surface 7, c est à dire la cote Cf1 voir contrat de phase cidessus. La surface 7 est liée à la surface 1 par une cote unilimite issue du bureau des méthodes BM2. BM2 est une condition de copeau mini. On pose par exemple : BM2 : 1 mini L intervalle de tolérance de la cote Cf1 dépend donc de l IT économique déterminé par la capa bilité du tour Spinner à réaliser la surface 7 en reprise sur une surface estampée brute. On pourra considérer IT CF1 = 0,3 mm La cote nominale de Cf1 est déterminée par la cote moyenne de C1, par la condition BM2 et par l intervalle de tolérance IT CF1. Cote moyenne de CF1 : CmCf1 = ,15 mm Éléments de correction Première Épreuve 23

67 Soit : Cf1 : 12,15 +/ 0,15 Éléments de correction Première Épreuve 24

68 DEUXIÈME PARTIE EXERCICE PÉDAGOGIQUE Question 26. La bague extérieure du roulement constituetelle un support utili sable pour cette épreuve? Si oui, quelle serait la phase d usinage à proposer priori tairement au candidat? Cette pièce est un support qui pourrait être utilisé pour une évaluation en vue d une certiþca tion de la sous épreuve E61 car elle comporte des usinages de forme particulière, demande une mise en œuvre de machines non conventionnelles, exige une qualité géométrique importante Capacités du candidat - configurer le moyen de production conformément aux spécifications ; - appliquer une stratégie de réglage visant à produire le plus rapidement possible des pièces géométriquement conformes ; Choix du support L utilisation d un tour CN à axe C convient très bien à cette épreuve. La première phase d usinage (Ph 10) exige l emploi de plusieurs outils ; ce qui permet développer une méthode rationnelle de réglage des jauges d outils et des paramètres externes (machine et porte pièce). La phase de reprise en tournage (Ph 40) permet quant à elle de développer une méthode de réglage d une présérie (ou de petites séries) de pièces. - mesurer la ou les pièces produites ; La pièce présente une variété de spécifications à respecter (rugosité, géométrique de forme, d orientation, de position, taille et même dureté). - identifier les causes d éventuels dysfonctionnements ; Evidemment. - apporter les corrections qui s imposent. Evidemment. Les éléments vus dans le sujet permettent de déduire une gamme pour la pièce. Cette gamme, complétée par une opération industrielle de superþnition, est : Phase 10 ébauche tournage intérieur, extérieur, dressage face arrière ; Phase 20 trempe superþcielle et revenu ; Phase 30 perçage des trous axiaux ; Phase 40 Þnition tournage reprise du centrage et de la face du disque de frein ; Phase 50 rectiþcation intérieure ; Phase 60 superþnition. Éléments de correction Première Épreuve 25

69 La phase la plus appropriée est celle dont l emploi d une machine multiaxes avec outils motori sés est possible voir repères pour la formation. Dans ce cas, le perçage des 6 trous axiaux sur la face d appui du disque peut être associé à la phase 40 de reprise. De plus, c est la phase d en lèvement de copeaux qui demande peu d outils à préparer et qui implique un faible temps de coupe. Remarque : La première phase exige beaucoup trop d outils spéciaux parties toriques et dressage arrière. Dans le cas où les formateurs envisagent de proposer cette phase en situation de CCF, ils devront modiþer cette phase : nombre d outils remplacer l outil à plaquette trian gulaire par 2 outils à copier, nombre de sous phase accès au dressage arrière par retournement de la pièce ou par une reprise par une broche opposée. Question 27. Parmi les moyens à mettre à disposition, préciser le type de ma chine qui serait le mieux adapté à la phase d usinage choisie. Evidemment, c est le tour CN équipé d un 3ème axe C. Les laboratoires des STS IPM en sont tous dotés. Question 28. Parmi les documents à fournir au candidat, déþnir ceux qui ne sont pas dans le présent dossier du sujet. Les documents à mettre à disposition du candidat pour ce contrôle sont les suivants : Le processus détaillé de la pièce ; Le dossier de mise en production de la phase concerné par l épreuve ; Les Þches correspondant aux outils, porteoutils et porte pièce ; Le modèle spéciþé de la pièce dans son état intermédiaire de production ; Les Þches de contrôle correspondant aux di érents états de la pièce usinée ; Le programme de pilotage du moyen de production pour la phase considérée. Parmi ceuxci, tous sont à confectionner pour l évaluation. Ils le seront à partir de ceux qui sont fournis dans le présent sujet. Éléments de correction Première Épreuve 26

70 Question 29. Proposer au chef d établissement un déroulement de l épreuve avec un groupe de 15 étudiants maxi nombre de candidats par session, ordre de passage des candidats, distribution des sujets aux candidats, durée maximale de l épreuve, occupation des étudiants non candidats à la session, Cette forme d évaluation est sous l entière responsabilité des formateurs et donc du chef d éta blissement. Seule la situation du contrôle est décrite par le référentiel de formation, mais son moment et sa durée ne sont pas réglementés. En revanche, elle doit se dérouler au cours de l année scolaire de la session d examen où mo ment où l équipe enseignante juge que les compétences sont acquises par les étudiants. Mais il est conseillé de concentrer les passations dans une période fermée de plusieurs semaines aþn de maitriser le calendrier global des épreuves et de pallier aux absences accidentelles ou non d un candidat. Il ne faut pas exclure la possibilité de procéder à quelques évaluations en dehors de la fenêtre. L ordre de passage sera déþni en accord avec les candidats et donnera lieu à une convocation o cielle établie par le chef d établissement sur proposition des formateurs. La durée de l évaluation peut être limitée à 4 heures aþn de ne pas perturber l organisation des enseignements car les autres étudiants qui ne sont pas en CCF seront parallèlement en forma tion. Les formateurs encadrent le groupe dont la plus grande partie est en formation et dont quelques uns seulement sont en phase de certiþcation ; ceci dans le cas d un groupe classe comme dans le cas d une demiclasse avec un seul enseignant. Les formateurs ne devraient pas être plus mobilisés par la situation de CCF qu ils ne le seraient par des activités de formation. A propos du nombre de candidats, il convient d en convoquer 3 ou 4 par session ; ce qui per met de limiter la période à 4 ou 5 semaines sans modiþer l organisation pédagogique et ce qui impose d avoir un équipement su sant de machines 4 centres, de fraisage 4 axes et de tour nage 3 axes au moins. Question 30. Écrire l énoncé du travail demandé de l activité proposée comme évaluation au candidat. En fonction de ce que l on donne au candidat, on lui demande de : Assembler et éventuellement régler cas des grains d alésage par exemple au moins un ensemble outil/porteoutil ; Déterminer les paramètres de réglage : dimensions outils, caractéristiques dimension nels du portepièce, constantes mesure de la machine il n est pas exigé de mesurer tous les outils de déterminer toutes les caractéristiques du portepièce et le paramètre de réglage «programme» est fourni ; Éléments de correction Première Épreuve 27

71 Mettre la machine en situation de production mise sous tension, introduction de tous les paramètres de réglage : programme, jauges, décalages conformément aux procédu res retenues ; Monter l ensemble outil/porteoutil dans le magasin, la tourelle ou la broche de la ma chine outil conformément au document remis ; Monter l ensemble portepièce sur la machineoutil conformément au document re mis ; Lancer un cycle à vide et/ou avec la pièce de réglage, adapter les buses d arrosage ; VériÞer le bon déroulement des usinages : qualité de l arrosage, évacuation des co peaux, fragmentation du copeau, zones de vibration ; VériÞer la conformité du produit : géométrie, état de surface Analyser le résultat des contrôles/mesures ; Corriger les écarts éventuels en identiþant par une méthode rigoureuse les paramètres de réglage et les valeurs des corrections à apporter ; Lancer l usinage d une petite série de pièces ; Conclure sur la conþguration et la stabilisation du moyen et de l environnement de production. Question 31. Proposer un protocole d évaluation en tenant compte de la Þche na tionale de notation heures de contrôle, points à évaluer, éléments de réponse à consigner, temps d archivage des éléments de réponse,... En fonction de la Þche d évaluation proposée par l inspection générale, l évaluateur va préparer un protocole dans lequel il indique le moment du point de contrôle et l ordonnancement du travail demandé. Éléments de correction Première Épreuve 28

72 X X X Après quatre heures Après trois heures Après deux heures X Après une heure Éléments de correction Première Épreuve 29

73 Le dossier du CCF du candidat doit être conservé dans le centre d examen. Ce dossier com prend la Þche descriptive de la situation du CCF et des documents remis au candidat voir la liste dans une question précédente. Le temps d archivage de la Þche d évaluation, du dossier de CCF et des éléments de réponses du candidat est d une année scolaire complète. Les éléments de réponses du candidat, pour l essentiel, sont consignés soit par écrit manuscrit ou imprimé sur feuille de papier soit sur support numérique. Éléments de correction Première Épreuve 30

74 COMMENTAIRES DE L ÉPREUVE Le support de cette épreuve a été choisi aþn de tester les candidats sur un certain nombre de champs de compétences et de connaissances du Génie Mécanique tels que : la connaissance des matériaux courants, de leur désignation, de leurs aptitudes à la mise en forme et aux traitements ; la validation statique d une solution d outillage portepièce ; l inßuence de la géométrie des pièces sur les trajectoires d usinage et la qualité de la coupe ; la conception de processus sur machine à commande numérique. Chacun des champs énoncés constituait le coeur d une partie du sujet. La partie pédagogique portait, elle, sur un contrôle en cours de formation dans les sections de techniciens supérieurs, mode de validation des connaissances mis en place récemment dans ce type de formation. D une manière générale, les candidats admissibles à l issue de cette épreuve ont traité l ensem ble des cinq parties. Négliger de traiter une ou plusieurs parties, de manière volontaire ou non, était pénalisant lors de l écrit. La mécanique était intégrée au support comme outil du génie mécanique, et non comme disci pline décorrelée de la productique. La plupart des candidats ont montré de réelles compéten ces en mécanique. Cependant, la simplicité des calculs réalisés dans les copies a souvent été prétexte à négliger la rigueur de la méthodologie de résolution d un problème par exemple de statique. Il est important de remarquer que l enseignant de génie mécanique, utilisant la mé canique comme outil et non comme Þnalité, n est pas dispensé de fournir les justiþcations des expressions et les hypothèses qu il met en place, surtout quand cellesci découlent de l expres sion de principes fondamentaux de la mécanique. Il est à noter que la rigueur n est pas synonyme de lourdeur et de lenteur de résolution. En ef fet, il est vivement encouragé d émettre toute hypothèse simpliþcatrice pour mener à bien un calcul comme une hypothèse de problème plan, de simpliþcation d un contact, et de n écrire que les équations nécessaires à la résolution. Éléments de correction Première Épreuve 31

75 En outre, les restitutions proposées par les candidats pour la partie pédagogique ont mis en évidence une certaine lourdeur dans la forme comme des paragraphes manuscrits très longs. Il est conseillé, surtout dans le cadre de cette épreuve, d utiliser les outils de communication tels que tableaux, diagrammes, organigrammes, etc. La première partie, portant sur la relation produitmatériauprocédé, a mis en évidence un cer tain nombre de points. La désignation des matériaux usuels, comme les deux nuances d acier proposées ici, a posé pro blème à un trop grand nombre de candidats. Une connaissance complète des utilisation possi bles et des désignations spéciales n est pas demandé dans le cadre de cette épreuve, mais il est indispensable que le décodage des pourcentages de composition soient connus et exploités. Trop souvent, les critères de choix économiques sont ignorés par les candidats, plus particuliè rement lorsqu il s agit de justiþer le choix des matériaux et non de les choisir. La justiþcation de la présence d une spéciþcation de dureté limitée dans la profondeur était demandée. De nombreux candidats l ont justiþé par l existence d un traitement de surface, alors que ce dernier est la conséquence de la spéciþcation et non l inverse. Il ne fallait pas con fondre «absence de spéciþcation» et «spéciþcation d absence de traitement». La trempe à l azote liquide n était pas nécessaire ici. Les candidats à l épreuve ont proposé de nombreux traitements de la matière aþn d obtenir les spéciþcations de dureté requises sur les chemins de roulement, mais souvent de manière trop superþcielle. Une description exacte des cycles de trempe n étaient pas possible dans la durée de l épreuve et compte tenu des documents fournis. Cependant, il était possible comme en témoignent d excellentes copies, de décrire brièvement des solutions constructives permettant de se conformer au cahier des charges requis. L étude mécanique de validation du porte pièce a été abordée par une grande majorité de can didats. Des résultats étaient souvent très rapidement exprimés dans les copies, sans justiþca tion s appuyant par exemple sur le principe fondamental de la statique. Il était demandé d ex primer un torseur d actions mécaniques en un point donné et de formuler des hypothèses. Malgré le vocabulaire utilisé dans la question, les candidats qui ont fait l e ort de rigueur né cessaire à la résolution mécanique du problème sont encore trop peu nombreux. Le jury encou rage une utilisation rationnelle des outils de la mécanique et non des équations alignées sans justiþcation. La partie traitant de l adhérence des coulisseaux à la pièce pouvait être résolue simplement si un isolement claire des systèmes étudiés était pratiquée, associée à des hypothèses simpliþca trices peu coûteuses en temps de réßexion et réalistes. Éléments de correction Première Épreuve 32

76 L utilisation des formulaires des pressions au contact a été cohérente et le modèles choisis per tinents dans la plupart des cas. La seconde étude avait pour but de justiþer l emploi d un outil spécial pour l usinage intérieur complet. Les candidats ont correctement répondu aux questions relatives aux temps de coupe. Une expression précise du temps d usinage exige un raisonnement basé sur une sommation d éléments inþniment petits dtu = 1/Vf dlu, mais le jury a apprécié que les candidats peu à l aise avec le calcul intégral aient utilisé la relation Tu = Lu/Vf en approximant les deux quanti tés Lu et Vf et en donnant très souvent un résultat numérique réaliste. En revanche, pour l étude du proþl réalisé par l outil spécial, les candidats n ont pas justiþé avec rigueur les limites du proþl correctement généré par la trajectoire de la pointe de l outil. En re vanche, ils ont très souvent proposé des solutions pour y remédier, mais n ont pas exprimé les conséquences de leur choix sur le coût d usinage. Le jury a remarqué que certains candidats, peu nombreux certes, ont déþni une surépaisseur de rectiþcation conforme au principe de la plongée de la meule intérieure ; ce qui montre qu ils connaissaient le procédé. Quant au problème de la fragmentation du copeau dans cette opération d usinage intérieur dans laquelle il y a une variation notable de la direction de l arête, les candidats ont très rare ment réussi cette étude. Il semble que l expression de l épaisseur du copeau en fonction de l avance et de l angle de direction d arête ne soit pas maîtrisée. Pourtant elle permet très sou vent d alimenter la réßexion dans une activité d optimisation du processus. La partie liée à la conception d un processus n était pas compliquée à traiter pour un candidat ayant conservé su samment de temps. Les candidats ayant le mieux réussi cette partie étaient ceux tenant compte des résultats issus de la partie précédente, relative aux problèmes de coupe. On rappelle qu il est souhaitable que les contrats de phase soient porteurs de cotes fa briquées, ne seraitce que pour identiþer les dimensions qui seront réellement obtenues à l is sue de la pièce. Certains candidats ont très bien rempli le contrat de phase sans perdre de temps inutilement, tout en conservant des informations importantes telles que les axes machi nes, les cotes fabriquées même non évaluées numériquement, l origine de programmation, la description des outils, des conditions de coupe et des surépaisseurs d usinage. Peu de candidats ont commencé le paramétrage de la simulation d usinage, sans doute par manque de temps. Ont été appréciées les copies montrant une habitude de la pratique de ce genre d exercice à travers la mise en place des surfaces de demiþnition, des cotes issues du bu reau d étude, de la séquence d obtention des surfaces et de l identiþcation des surfaces de re prise. Certains ont décrit brièvement la stratégie de résolution et rapidement dimensionné l in tervalle de tolérance de la cote fabriquée impliquée dans la cote C1. Éléments de correction Première Épreuve 33

77 Pour la seconde partie relative à l «exercice pédagogique» d évaluation, le jury a choisi de pro poser aux candidats une situation d évaluation qui compte pour la certiþcation du BTS IPM. Il s agissait de décrire complètement une situation de CCF Contrôle en Cours de Formation de l épreuve de «lancement de production». A l aide d extraits du référentiel de certiþcation et des repères de formation, les candidats ont bien réussi les questions concernant les choix du moyen de production, des documents de travail et l énoncé du travail demandé au candidat. Toutefois sur le dernier point, la question posée à propos de l écart constaté entre la première pièce usi née et la géométrie attendue et de la correction à apporter ne permettait pas de vériþer que l étudiant candidat maîtrisait une ou plusieurs méthodes de réglage des paramètres externes d usinage. La question sur l organisation de cette épreuve a été diversement traitée. Les candidats se sont pourtant très largement exprimés, mais le jury regrette que les réponses trop longues et man quant de concision nuisent à la compréhension du propos du candidat. Il recommande l utilisa tion d outils de description tels que tableaux, schémas Cette question trouve des réponses précises dans les textes o cielles ou de recommandations de l inspection générale. Éléments de correction Première Épreuve 34

78 Concours interne de recrutement de professeurs agrégés et concours d accès à l échelle de rémunération SESSION DE 2008 Section : génie mécanique Deuxième épreuve portant sur l étude d un problème d automatisation Durée : 6 heures Moyendecalculautorisé: Aucun document n'est autorisé Calculatrice de poche - y compris calculatrice programmable et alphanumérique - à fonctionnement autonome, non imprimante, autorisée conformément à la circulaire n du 16 novembre Ce document comporte quatre parties : une présentation du sujet : 2 pages ; le travail demandé : 13 pages ; partie A : gestion de l îlot et commande séquentielle ; partie B : asservissement de l opération de vissage ; partie C : séquence pédagogique ; les annexes : 4 pages ; les documents réponses : 2 pages. Le candidat traitera chacune des parties : A, B et C, sur des copies séparées en indiquant sur chacune d entre elles le repère de la partie traitée. Les deux documents réponses DRA.1 et DRA.2 (y compris vierges) sont à rendre obligatoirement avec la partie A. Les candidats sont invités à formuler toutes les hypothèses qu'ils jugeront nécessaires pour répondre aux questions posées. Si, au cours de l épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d énoncé, il le signale dans sa copie et poursuit sa composition en indiquant les raisons de son initiative. Tournez la page S.V.P.

79 PRESENTATION GENERALE Contexte de l étude La société SAM technologie du groupe Arche est un sous traitant automobile spécialisé dans la production de pièces en aluminium pour l environnement moteur. Elle conçoit et réalise des pièces de haute technicité, moulées sous pression ou par gravité. Les pièces subissent ensuite diverses opérations d usinage, de grenaillage, d assemblage, de traitement de surface et de contrôle. Afin de maintenir sa compétitivité, la société mène une importante politique d automatisation de son outil de production pour assurer une bonne réactivité vis-à-vis de ses clients tout en ayant un très bon niveau de qualité. Des îlots autonomes de production automatisée équipés de système de contrôle par vision ont été ainsi installés. L étude proposée porte sur un îlot de fabrication après moulage d un carter de boîte de vitesse (usinage et assemblage). Le carter pèse 5,6 kg et a les dimensions suivantes : 420mm x 320mm x 200mm (Figure 1). Figure 1 : Vues du carter L îlot robotisé est constitué de quatre zones : la cellule d usinage, la machine à laver, le poste de bouchonnage et la cellule de finition. Chaque zone est constituée d un ou plusieurs postes. Un robot R1 assure les manutentions entre les postes de la cellule d usinage. De même, un robot R2 assure les manutentions entre les postes de la cellule de finition. Une vue générale de l implantation de l îlot est donnée en Annexe 1. Description des opérations de l îlot A l intérieur d un îlot robotisé, les carters passent successivement par les phases suivantes : Cellule d usinage a) Introduction : Les carters bruts sont déposés par un opérateur dans une file d attente sur un convoyeur d entrée. b) Usinage :

80 L usinage est réalisé dans un centre d usinage. Les opérations consistent en des surfaçages, des lamages, des perçages et des taraudages. Les chargements et les déchargements des carters dans le centre d usinage sont effectués par le robot R1. c) Premier rinçage : Une fois l usinage terminé, le carter est déchargé par le robot R1 et déposé au poste de rinçage pour un premier rinçage. d) Contrôle : Un carter sur dix passe au poste de contrôle SPC (Statistical Process Control) pour vérification de la bonne exécution des différentes spécifications d usinage. Machine à laver e) Lavage : Le robot R1 prend le carter dans la machine de rinçage et le dépose sur un convoyeur qui le transporte dans la machine à laver. f) Attente sur un système d accumulation : Les carters nettoyés, en sortie de la machine à laver, sont déposés sur des palettes dans un convoyeur de stockage qui les transfère jusqu aux postes de finition. Poste de bouchonnage g) Montage du bouchon de vidange et du joint associé : Une machine spéciale permet le vissage d un bouchon de vidange et du joint associé. Le serrage est assuré par un couple contrôlé de 20 N.m. Cellule de finition h) Assemblage de la plaque anti-émulsion : Ce montage se fait dans une machine spécialisée où le robot R2 pose la plaque anti-émulsion, puis un système automatisé d assemblage la fixe par quatre rondelles à griffe. Les plaques antiémulsion arrivent par un convoyage dédié. i) Contrôle étanchéité : Les carters sont introduits par le robot R2 sur un poste de contrôle de l étanchéité. Ce contrôle consiste à mettre les carters sous pression et à contrôler la non présence de fuite. j) Contrôle vision : Le robot R2 sort les carters des machines de contrôle d étanchéité et les dispose dans une machine pour un contrôle par vision qui permet de vérifier plusieurs points : - Contrôle de la présence de la plaque anti-émulsion, - Contrôle de la planéité de la face de joint du carter, - Contrôle de la présence des rondelles de fixation de la plaque anti-émulsion, - Contrôle que les vingt trous de fixation sur le carter sont débouchants, - Contrôle de la présence du bouchon de vidange. A la fin du contrôle, le robot R2 retire le carter et le pose sur un convoyeur de sortie. k) Contrôle final : Un opérateur prend les carters sur le convoyeur de sortie et fait un dernier contrôle visuel avant de les déposer dans un conteneur pour l expédition.

81 TRAVAIL DEMANDE 1. Le sujet comporte trois parties indépendantes, elles mêmes constituées de nombreuses questions qui peuvent être traitées séparément : La partie A s intéresse à la gestion globale du l îlot de production et à l étude d une partie séquentielle du système. (durée conseillée : 2h). La partie B s intéresse à l étude de la machine d assemblage du bouchon de vidange et de la rondelle. Elle traitera, en particulier, le dimensionnement d un actionneur et la boucle d asservissement du serrage. (durée conseillée : 2h). La partie C concerne l utilisation pédagogique du cas d étude pour l enseignement de la régulation industrielle (durée conseillée : 1h30). L'objectif est de démontrer une capacité d'analyse de connaissances scientifiques et (ou) technologiques attachées à des contenus, puis à les organiser et à les transmettre au travers d une séquence d'enseignement à un niveau donné. 2. Chaque partie sera traitée sur des copies séparées. Les documents réponse, même vierges, seront obligatoirement rendus. 3. Tous les développements de calculs seront réalisés sous forme littérale avant de passer à l application numérique. Les résultats seront encadrés sur la copie. 4. Le candidat pourra préciser toute hypothèse qu il jugera utile dans le cadre de ses réponses.

82 Partie A : GESTION DE L ILOT ROBOTISE ET COMMANDE SEQUENTIELLE DE LA CELLULE DE FINITION A.1. Gestion de la cellule de finition et du transfert poste à poste des carters L analyse porte sur la cellule de finition chargée de réaliser l assemblage de la plaque antiémulsion, le contrôle étanchéité et le contrôle vision. Cette cellule est constituée de plusieurs postes automatisés : un poste d assemblage (PAE), un poste de contrôle d étanchéité (PCE), un poste de contrôle par vision (PCV) et un convoyeur de sortie CS. Les carters arrivent par un convoyeur d accumulation (CA) et sont arrêtés après bouchonnage à une station d attente. Les manutentions entre la station d attente en fin de convoyeur d accumulation, les postes d assemblage et de contrôle et le convoyeur de sortie sont réalisées par un robot 6 axes (Robot R2). Le flux des carters à l intérieur de la cellule est représenté schématiquement sur la figure A.1. ci-dessous. Poste de contrôle étanchéité PCE Robot R2 Convoyeur de sortie CS Station d attente Poste de contrôle par vision PCV Poste d assemblage PAE Manutentions du carter par le robot R2 Figure A.1 : Synoptique de la cellule de finition et flux des carters. Principes de fonctionnement - le robot R2 assurant les manutentions est muni de deux griffes de préhension des carters ce qui lui permet d arriver à un poste avec un carter N dans la première griffe, de prendre le carter N-1 avec la deuxième griffe et de déposer le carter N au poste (postes d assemblage et de contrôle étanchéité) ; - le robot maintient le carter pendant que le contrôle vision est effectué ; - la durée du temps de cycle est optimisée par réalisation de tâches en temps masqué.

83 Question A.1.1 : compléter le diagramme document DRA.1 en respectant les principes de fonctionnement décrits précédemment : - Préciser pour chaque tâche la ou les ressources utilisées ; - Tracer les rectangles associés à chaque tâche pour le carter N et aux tâches des carters N-1 et N+1 réalisées en parallèle de celles du carter N ; indiquer quel est, ou quels sont les carters (N, N-1 ou N+1 ) saisis par le robot R2, faisant l objet d un assemblage ou d un contrôle. Question A.1.2 : à partir du diagramme complété document DRA.1 : - Déterminer le temps de cycle Tcy associé à la cellule de finition (temps entre l entrée d un carter dans la cellule et sa sortie : soit entre l arrivée d un carter dans la station d attente et son arrivée en attente sur le convoyeur de sortie) ; - Déterminer la cadence instantanée de production Cinst de la cellule de finition (temps entre chaque sortie de carter) ; - Calculer le nombre théorique de carters produits par 24h en supposant qu il n y a pas d arrêt de production - Déterminer les temps d utilisation du robot, du poste d assemblage, du poste de contrôle étanchéité et du poste de contrôle vision (temps observé pendant un cycle relatif à la sortie d un carter d une durée égale à la cadence instantanée Cinst) : Tu R2,Tu PAE,Tu PCE et Tu PCV ; - Déterminer le temps de non utilisation du robot ; - Préciser, en justifiant, quelle est la tâche la plus pénalisante. L entreprise souhaite utiliser au mieux ses moyens. Dans cette optique, elle s est fixée d atteindre un objectif de TRS = 85 %. NB : le TRS (Taux de Rendement Synthétique) est un indicateur de performance reflétant les trois composantes que sont : la disponibilité du moyen de production, sa performance et la qualité des produits. Il correspond à un rendement effectif de 85 % du rendement maximal théorique. De manière simplifiée, on admettra ici qu il est défini par le rapport entre le nombre de carters bons produits et le nombre de carters théoriquement fabricables. Question A.1.3 : en supposant que le TRS de 85% soit réellement respecté, déterminer le nombre maximum de carters bons que l entreprise peut espérer produire quotidiennement avec la cellule de finition actuelle. L objectif de production est de 2500 carters bons par jour. Cet objectif n étant pas satisfait par la cellule de finition, l entreprise envisage d implanter un deuxième poste de contrôle étanchéité. La description de la commande séquentielle de la cellule est réalisée par une description structurée à l aide de plusieurs grafcets : - un grafcet par tâche (poste d assemblage, poste de contrôle vision, postes de contrôle étanchéité) ; - un grafcet de commande du robot qui assure la coordination entre les tâches des postes de l îlot ; - un grafcet de conduite (voir en partie A.2 pour sa réalisation) ; - un grafcet d arrêt d urgence.

84 On donne en Annexe 2 le grafcet de commande du robot R2 lorsque la cellule de finition ne comprend qu un poste de contrôle étanchéité. Ce grafcet gère les tâches réalisées par le robot mais ne pilote ni l assemblage ni le contrôle étanchéité, ni le contrôle vision. La «synchronisation» est assurée par le lancement et la réception d informations spécifiques (par exemple lancer ordre d assemblage est l action qui permet d envoyer au grafcet du poste d assemblage un ordre de lancement du cycle correspondant). Les tâches du robot nécessitant de la part de celui-ci plusieurs mouvements ou actions sont représentées par des macro-étapes. Question A.1.4 : - Expliciter en quoi le fait de doubler le poste de contrôle étanchéité permet d atteindre l objectif de production ; - Modifier le grafcet du robot R2 de manière à prendre en compte l existence du deuxième poste de contrôle étanchéité. Créer au besoin de nouvelles données d entrées et de sorties. A.2. Modes de marche et d arrêt de la cellule de finition L état de référence de la partie opérative est défini de la manière suivante : la partie opérative est à l arrêt et en énergie, la partie commande à l état initial, la cellule est vide de carters. Cet état permet (en dehors de la première mise en marche) principalement un redémarrage de l installation après avoir réalisé des opérations de maintenance et de réglage, ou après avoir vidé l installation des carters pour engager une nouvelle campagne de production. Depuis cet état, l opérateur doit sélectionner le mode automatique (auto), puis appuyer sur un bouton poussoir dcy pour mettre en marche la cellule. Les postes sont alors sollicités progressivement au fur et à mesure de l arrivée de carters, la cellule fonctionne automatiquement. A tout moment pendant le fonctionnement automatique, un arrêt de la production peut être demandé (fcy) pour vider progressivement la cellule des carters et aucun nouveau carter ne pouvant entrer dans celle-ci. La cellule s arrête complètement après l arrivée du dernier carter dans la zone d attente du convoyeur de sortie. Lors de la marche automatique, une demande exceptionnelle de sortie de carter après assemblage (pour contrôle statistique) peut être faite (sca). Dans ce cas, le cycle de production du carter retiré est interrompu et la production se poursuit normalement pour les autres carters. Lorsque le carter est contrôlé, il est réintroduit dans le circuit au niveau du contrôle d étanchéité et la production automatique reprend normalement après action sur un bouton poussoir rc en mode automatique. Lorsque la cellule est en mode automatique ou passe en mode automatique, si le mode vérification (vérif) est sélectionné, il est possible d exécuter le cycle tâche par tâche après chaque action sur un bouton poussoir valid. Ce mode permet une vérification du bon fonctionnement de la cellule tâche par tâche et dans l ordre d exécution utilisé en mode automatique. Le retour en mode automatique est obtenu en sélectionnant auto et après action sur dcy. Le mode manuel (manu) peut être utilisé pour tester le fonctionnement de la cellule à vide et effectuer des réglages depuis l arrêt dans l état de référence de la cellule. Ce mode peut également être choisi après un arrêt d urgence dans le cas où il n est pas possible de reprendre le cycle en l état et en mode automatique. Chaque mouvement peut être commandé indépendamment. Après avoir vidé la cellule, le retour en situation de référence pour la partie opérative est obtenu après avoir sélectionné un autre mode que le mode manuel et après action sur un bouton poussoir init. Uncycle d initialisation est alors lancé.

85 L arrêt d urgence (AU) provoque un figeage et une mise hors énergie de la partie opérative ainsi qu un figeage de la commande en l état. Après un déverrouillage de l arrêt d urgence et acquittement du défaut (acquit) il est possible de reprendre le cycle en l état ou de passer en mode manuel. Question A.2.1 : compléter le GEMMA du document réponse DRA.2 (contenus des rectanglesétats et conditions de passage d un état à l autre) pour décrire : - les procédures de fonctionnement et d arrêt de la cellule (marche automatique, arrêt de production, mode manuel, mode de vérification), - les procédures d arrêt de sécurité (arrêt d urgence et retour en fonctionnement automatique ou en mode manuel), - le passage dans l état «PC hors énergie» et le retour dans l état «PC en énergie». Il est possible si nécessaire de donner des variables supplémentaires en les justifiant, d utiliser tout passage d un état à un autre état qui ne serait pas décrit par le GEMMA dans sa forme standard ou de créer des rectangles état supplémentaires. Rappelons que la description de la commande séquentielle est réalisée de manière structurée avec un grafcet par tâche (poste d assemblage, poste de contrôle vision, postes de contrôle étanchéité), un grafcet assurant la synchronisation entre les postes (grafcet du robot R2 vu en Annexe 2), un grafcet de conduite et un grafcet d arrêt d urgence. Question A.2.2 : Proposer un grafcet de conduite permettant de gérer les procédures de fonctionnement et d arrêt. A.3. Evacuation des carters contrôlés La macro-étape M3 du grafcet du robot proposé en Annexe 2 gère la dépose du carter fini (assemblé et contrôlé) sur le convoyeur de sortie CS. Le convoyeur de sortie est constitué de deux parties : une partie haute (CShaut) et une partie basse (CSbas), chacune étant constituée d un convoyeur d accumulation équivalent à une zone d attente (Figure A.2). Si le carter est considéré bon après contrôle étanchéité et contrôle vision, il est déposé sur la partie haute du convoyeur ; si le carter est considéré mauvais après l un des contrôles, il est déposé sur la partie basse. Après chaque dépose du carter, le robot se met en position d attente. Robot devant CShaut Capteur EZA CShaut Capteur FZA CShaut CSHaut Robot devant CSbas Capteur EZA CSbas Capteur FZA CSbas CSBas Figure A.2 : Représentation schématique du convoyeur de sortie.

86 La Figure A.3 donne la liste des entrées/sorties nécessaires à l écriture de l expansion de la macroétape M3. carter bon carter mauvais robot devant CS haut robot devant CS bas carter déposé robot devant Attente Tâche de dépose carter fini sur CS PCV => CS haut PCV => CS bas Dépose carter sur CS CS haut => Attente CS bas => Attente Figure A.3 : Liste des entrées/sorties de la tâche de dépose d un carter fini (macro-étape M3). Les informations carter bon et carter mauvais utilisées à l issue du contrôle vision pour la répartition des carters sur le convoyeur de sortie sont construites de manière logique à partir du résultat des contrôles d étanchéité et de vision (carter étanche et carter contrôle vision OK) Question A.3.1 : - Ecrire les expressions logiques permettant d élaborer les conditions «carter bon» et «carter mauvais». - Proposer une solution sous la forme de Function Block Diagram (FBD) permettant de générer les valeurs des variables de contrôle et de maintenir leur état en mémoire depuis le passage au poste de contrôle étanchéité jusqu à ce que le carter soit déposé sur le convoyeur de sortie. On admettra pour cette question qu un carter N peut être en cours de contrôle étanchéité alors qu un carter N-1 est en cours de contrôle vision ou en cours de dépose sur le convoyeur CS. Question A.3.2 : écrire l expansion de la macro-étape M3. Chacune des parties CShaut et CSbas du convoyeur de sortie CS est équipée d un capteur détectant l entrée d un carter sur la zone d attente haute ou basse (EZA CShaut ou EZA CSbas ) et d un capteur détectant l arrivée du carter en fin de zone d attente haute ou basse (FZA CShaut ou FZA CSbas ) (voir figure A.2 ci-dessus). La saturation d une des deux zones d attente est effective (SAT CShaut =1ou SAT CSbas =1) lorsque dans la zone concernée, les deux capteurs détectent des carters durant plus de 3 s alors que le convoyeur est en marche. Question A.3.3 : décrire en langage à contact (Ladder diagram) comment est élaborée la variable SATCShaut (ou SATCSbas). Le calcul du taux de rebuts résultant des postes de la cellule de finition permet de fournir un indicateur utile au suivi de la production. Ce taux est défini comme étant le rapport entre le nombre de carters bons et le nombre de carters produits. Question A.3.4 : proposer une solution fonctionnelle permettant le comptage des carters bons et des carters mauvais, ainsi que la détermination en temps réel du taux de rebut.

87 Partie B : ETUDE DE L ASSERVISSEMENT DE L OPERATION DE VISSAGE Cette partie est consacrée à l étude de l opération de bouchonnage du carter. A cet effet, une machine a été développée (voir figure B.1) qui assure le montage d un bouchon et d un joint, puis son vissage sur le carter avec un couple souhaité de 20N.m ±2N.m. La cadence de cette machine est de 180 pièces par heure. Elle effectue les opérations suivantes : - arrêt du plateau porte-carter en position de vissage ; - centrage du carter puis bridage ; - vissage du bouchon sur le carter ; - contrôle de la position correcte du bouchon puis marquage des pièces bonnes ; - libération et évacuation du plateau porte-carter. Coffret de la visseuse Visseuse Carter Convoyeur Porte-carter Bouchon de vidange Pupitre Figure B.1 : Vue générale de la bouchonneuse Une broche de vissage équipée d une motorisation à commutation électronique à forte dynamique a été choisie. Les paramètres de vissage importants, tels que le couple, le nombre de tours, l angle de serrage et la profondeur sont acquis par des capteurs durant le vissage et interprétés en temps réel par la commande. Ces valeurs permettent un asservissement direct du procédé et une bonne précision de serrage. Plusieurs stratégies de vissage sont possibles. Dans notre étude, la solution de vissage retenue se déroule en deux phases : -1 ère phase : Le bouchonnage commence par un vissage à vitesse constante avec surveillance du couple maximum. Un couple trop important dans cette phase signifie un défaut (bouchon de travers, défaut du taraudage, etc.). Si la valeur seuil du couple est atteinte lors de cette phase le bouchonnage est arrêté avec un message de défaut.

88 -2 ème phase : Lorsque le bouchon arrive au fond de son logement, la fin de serrage se fait avec un contrôle de couple pour obtenir le couple de serrage nominal. B.1. Choix de composants La figure B.2 présente les différents constituants de la boucle d asservissement. Le moteur retenu est de type servomoteur auto-synchrone sans balai (moteur brushless), capable de développer un couple constant sur une large plage de vitesse de rotation grâce à un contrôle des courants et des flux dans la machine. Le moteur est associé à un capteur de vitesse. Un capteur de couple a également été installé. Fréquence de rotation du moteur Perturbations Couples résistants Signaux E/S, sécurités, Valeur couple de serrage, Résultats contrôle, etc. SYSTEME DE COMMANDE Electronique de puissance et MOTEUR ELECTRIQUE BOUCHON Couple de serrage CAPTEUR COUPLE Figure B.2 : Constituants de l asservissement Question B.1.1 : Question B.1.2 : Question B.1.3 : quelles sont les principales méthodes disponibles pour l acquisition de la vitesse. proposer une solution technologique pour acquérir la valeur du couple de serrage de la vis. proposer une solution technologique pour le contrôle final, après vissage, de la bonne position du bouchon sur le carter. B.2. Etude de la phase de déplacement à vitesse constante La figure B.3 présente un schéma simplifié des constituants qui assurent le vissage. Le bouchon et la rondelle sont maintenus par une pince située au bout de la visseuse. On notera J le moment d inertie, ramené à l arbre moteur, de l ensemble des pièces en mouvement lors du vissage y compris le bouchon et la rondelle. Il existe un frottement visqueux lors de cette phase caractérisé par le coefficient équivalent f pour l ensemble «moteur + bouchon».

89 u Moteur C m J f {Bouchon + pince} Figure B.3 : Asservissement de vitesse u f : Tension d alimentation du moteur : Coefficient équivalent de frottement visqueux de l ensemble «moteur + bouchon» C m : Couple moteur : Rotation de la tête du bouchon J : Moment d inertie ramené à l axe moteur équivalent de l ensemble des pièces en mouvement : Vitesse de rotation de l arbre moteur Un modèle approché du moteur permet de décrire son comportement par les deux équations suivantes : (1) di( t) u( t) R. i( t) L. dt (2) Cm ( t) Kt. i( t) avec : u(t) : tension d alimentation R : résistance statorique i(t) : courant d alimentation L : inductance C m (t) : couple moteur K t : constante de couple L équation mécanique est obtenue en appliquant le théorème du moment d inertie à l ensemble des pièces représenté par l inertie équivalent J et en tenant compte du coefficient de frottement équivalent f. Question B.2.1 : en appliquant le théorème du moment d inertie, donner l équation différentielle reliant C m,,, f et J. Question B.2.2 : donner la fonction de transfert pour la vitesse du moteur sous la forme : H 1 (p) = (p)/ U(p) p étant la variable de Laplace. Question B.2.3 : Question B.2.4 : mettre H 1 (p) sous une forme canonique et donner l expression du gain (qu on appellera K), du coefficient d amortissement (qu on appellera m) et de la pulsation propre du système non amorti (qu on appellera 0 ). (cf Annexe 3 pour des résultats concernant les processus du 2 nd ordre) donner les valeurs numériques de K, m et 0. Donner alors l expression numérique de H 1 (p). Application numérique : R =1 f = N.m.s L = H J = Kg.m 2 K t = 2 N.m/A

90 Question B.2.5 : - Compte tenu des valeurs numériques trouvées dans la question précédente, montrer qu il est possible de mettre H 1 (p) sous la forme : H 1 (p) = A / ((1+ 1 p).(1+ 2 p)). - Donner alors la valeur numérique de 1 et de 2. - Conclure sur la validité d une expression simplifiée de H 1 (p) sous la forme d une fonction de transfert du premier ordre dont vous donnerez alors l expression numérique complète. B.3. Étude de la phase de serrage Dès que le bouchon rentre en contact avec le carter, il y a apparition d une force résistante au déplacement du bouchon exercée par le carter. Cette force peut être assimilée à celle d un ressort avec une raideur K. La commande de la visseuse bascule, alors, dans un asservissement de couple. Le système peut être représenté par la figure B.4. u Moteur C m J f Bouchon + pince Cr K Figure B.4 : Processus de serrage u : Tension d alimentation du moteur f : Coefficient équivalent de frottement visqueux de l ensemble moteur plus bouchon C m : Couple moteur : Rotation de la tête du bouchon C r : Couple résistant du carter J : Moment d inertie ramené à l axe moteur équivalent de l ensemble des pièces en mouvement : Vitesse de rotation de l arbre moteur K : Raideur du contact carter Compte tenu des grandeurs numériques, la constante de temps correspondant à l établissement du courant dans les bobinages du stator du moteur peut être négligée devant les constantes de temps mécaniques. On considérera donc que : Cm ( t) Ke. u( t), avec K e =2N.m.V -1 La couple résistant exercé par le carter est C r =K. Question B.3.1 : en appliquant le théorème du moment d inertie à l ensemble des pièces représenté par l inertie équivalente J, donner l équation différentielle reliant Cm,,f,JetK. Question B.3.2 : montrer que le système peut être représenté par le schéma bloc de la figure B.5 ci-après. Donner l expression de G(p). U(p) MOTEUR C m (p) + - G(P) Couple résistant C r (p) Figure B.5 : Boucle ouverte de couple

91 Question B.3.3 : Montrer que la fonction de transfert G(p) peut s écrire sous la forme G(p)= G 1 (p)* G 2 (p) Avec G 1 (p)= (p)/(c m (p)-c r (p)) et G 2 (p)= C r p (p) (voir figure B.6) C m (p) + - G(P) G 1 (P) G 2 (P) Couple résistant C r (p) (p) vitesse Figure B.6 : Décomposition de la fonction G(p)= G 1 (p)* G 2 (p) Question B.3.4 : déterminer la fonction de transfert H 2 (p) = C r (p)/ U(p). La commande de ce processus consiste à définir une consigne C ref pour le couple de serrage C r.la commande d asservissement installée utilise le principe du modèle inverse. Elle introduit deux boucles d asservissement en cascade avec respectivement deux correcteurs COR 1 (p) et COR 2 (p). A cet effet, deux capteurs ont été installés. Nous considérons que les gains de ces deux capteurs sont unitaires afin de simplifier les calculs. La boucle d asservissement est alors de la forme : C ref (p) + - COR 2 ref (p) + - COR 1 U(p) m (p) Capteur de vitesse H 2 (P) (p) vitesse C r (p) Couple résistant COMMANDE C rm (p) Capteur de couple Figure B.7 : Asservissement de couple Avec m et C rm respectivement la mesure de la vitesse et la mesure de couple fournies par les deux capteurs. Les correcteurs COR 1 et COR 2 intègrent de la connaissance sur le système afin d optimiser la commande. Ainsi, les commandes ref et U sont obtenues respectivement par les expressions: Crm ( p) ref =C 2 (C ref C rm ) et U C1( ref m ) Ke C 1 et C 2 étant deux constantes qui devront être réglées. En remplaçant H 2 (p) par son expression, le schéma de l asservissement de la figure B.7 devient :

92 C ref (p) + - COR 2 ref (p) + - COR 1 U(p) m (p) 2 (p) MOTEUR C m (p) Capteur de vitesse - + G 1 (P) G 2 (P) (p) vitesse C r (p) Couple résistant COMMANDE C rm (p) Capteur de couple Figure B.8 : Asservissement éclaté de couple On considère que les capteurs fournissent des mesures sans erreurs. On a alors : m= et C rm =C r Question B.3.5 : déterminer, dans ce cas, la fonction de transfert H 3 (p) = C r (p)/ C ref (p). Montrer que c est une fonction du second ordre. Question B.3.6 : mettre la fonction H 3 (p) sous sa forme canonique et donner l expression du gain K 2, du coefficient d amortissement m 2 et de la pulsation propre 02.(cf Annexe 3 pour des résultats concernant les processus du 2 nd ordre). Le cahier des charges impose un couple de serrage de 20N.m ±2N.m. Compte tenu des cadences demandées, l opération de serrage doit être réalisée en une durée maximale d une seconde. Question B.3.7 : comment régler les valeurs de C1 et C2 afin d obtenir un serrage en une seconde avec un coefficient d amortissement m 2 égal à 1? Application numérique : R =1 f = N.m.s L = H J = Kg.m 2 K = 500 N.m.rad -1 Ke=2N.m.V -1 Question B.3.8 : est ce que le système admet une erreur statique? Question B.3.9 : Question B.3.10 : tracer l allure de C r (t) en réponse à un échelon de 20 N.m. tracer l allure de la réponse fréquentielle de H 3 (p) dans le plan de Bode. Quelle est la fréquence de coupure à 3 db?

93 Partie C : APPLICATION PEDAGOGIQUE On se propose dans cette partie pédagogique, de construire une séquence d enseignement élaborée dans le cadre du référentiel de Brevet de Technicien Supérieur en Mécanique et Automatismes Industriels. On s appuiera sur le cas de la visseuse étudiée dans la partie B pour développer une suite d enseignement relative à la mise en uvre des boucles d asservissement pour des processus industriels. Travail demandé : Question C.1 : Question C.2 : Question C.3 : Question C.4 : l étude de la boucle d asservissement de la visseuse de la partie B, comporte plusieurs étapes : modélisation, établissement des modèles de processus, élaboration des lois de commande, étude des performances de l asservissement, etc. En vous basant sur le programme du BTS MAI (voir extrait en annexe 4), préciser quels seraient les domaines d intervention du professeur de génie mécanique par rapport à ceux des autres enseignants (physique, mécanique, mathématique, etc...). en considérant que l établissement dispose de la visseuse et de sa commande, définir une activité de travaux pratiques qui permette de valider le modèle de la fonction de transfert H 1 (p) = m (p)/ U(p) de la partie B1. Peut-on aboutir à l identification du coefficient des frottements visqueux f et du moment d inertie équivalent J? (cf. partie B1) en s appuyant sur le cas de la visseuse, décrire l objectif et le contenu d une séquence d enseignement (organisation cours et/ou de travaux dirigés, ) portant sur la différence entre une commande en boucle ouverte et une commande en boucle fermée. Explorer les performances des deux types de commandes en termes de respect du cahier des charges (couple de serrage, assemblage correct, cadences).préciser les pré-requis nécessaires pour cette séquence. élaborer une fiche de synthèse des éléments de caractérisation et d évaluation de la performance d un asservissement.

94 Annexe 1 : Implantation de l îlot de fabrication des carters

95 Annexe 2 : Grafcet de commande du robot R2 600 carter en attente. robot en attente. CI 601 Attente=>PAE robot devant PAE. PAE prêt M1 *Entrée PAE, prise carter et dépose suivant* robot hors zone PAE. carter posé PAE.carter pris PAE 602 PAE => PCE Lancer ordre assemblage robot devant PCE. PCE prêt M2 *Entrée PCE, prise carter et dépose suivant* robot hors zone PCE. carter posé PCE.carter pris PCE 603 PCE => PCV Lancer ordre contrôle étanchéité robot devant PCV. PCV prêt 604 Lancer ordre contrôle vision contrôle vision effectué M3 *Dépose carter CS*

96 Annexe 3 : Système du second ordre Forme canonique d un système de second ordre Réponse fréquentielle H(s) m.s 0 1 ² 0.s 2 Q : Facteur de résonance 1 Q 2 2. m. 1 m q : Facteur de qualité 1 q 2. m R : pulsation de résonance Réponse indicielle R m. m D % : Valeur du premier dépassement D% 100.exp( ) 2 1 m T r5% : Temps de réponse à 5%. Voir abaque temps de réponse réduit en fonction de l amortissement m. 2 (Source : «Systèmes asservis linéaires» J-C et P CHAUVEAU - Ed CASTEILLA)

97 Annexe 4 : EXTRAITS DU REFERENTIEL DU BTS MAI (Brevet de Technicien Supérieur en Mécanique et Automatismes Industriels) - Systèmes du 1er et du 2ème ordre en régime transitoire et en régime sinusoïdal - Systèmes du 1er et du 2ème ordre soumis à un échelon de tension et à une tension sinusoïdale Etude expérimentale de la charge et de la décharge d'un condensateur à travers une résistance Etude expérimentale de l'établissement et de l'extinction du courant dans une bobine en circuit fermé Etude expérimentale et théorique d'un dipôle RLC soumis à un échelon de tension ; influence de l'amortissement Etude expérimentale et théorique de la réponse en vitesse d'un moteur à courant continu à excitation indépendante, entraînant une charge inertielle, lorsqu'il est soumis à un échelon de tension. - Le signal et son traitement - Le signal: représentation temporelle et fréquentielle. - Observation, analyse et caractérisation de différents signaux simples périodiques. - Généralisation: exemples de spectres de signaux aléatoires analogiques ou logiques. - Opérations linéaires sur les signaux analogiques: amplification, addition, retard, dérivation, intégration, filtrages. - Opérations non linéaires sur les signaux analogiques: comparaisons. - Fonctions logiques simples (ET, OU, NON-ET, OU EXCLUSIF). - Fonctions logiques composées: comparaisons logiques, bascules, codage... - Principes physiques mis en uvre dans quelques composants et capteurs - Présentation et étude en T.P. cours de quelques composants de base à semi-conducteurs: diodes, transistors, photorésistances, photodiodes, phototransistors, diodes émettrices. - Les capteurs. Présentation simplifiée de quelques phénomènes physiques mis en uvre dans divers capteurs: piézo-électricité (capteurs de grandeurs mécaniques), variation de résistance sous divers effets (jauges de contraintes pour capteurs de grandeurs mécaniques, résistances métalliques pour thermomètres de précision), effet Hall (capteurs de courant et de champ magnétique), effet Seebeck (capteurs de température), conduction dans les semiconducteurs (capteurs de température à thermistance et capteur d'éclairement à photodiode ou phototransistors, induction électrique (capteurs de vitesse angulaire, capteurs inductifs de déplacement), variation de capacité (capteurs de déplacement). Sensibilité et fidélité d'un capteur; conditionnement du signal fourni. - Convertisseurs d'énergie tournants - Moteur à courant continu à excitation indépendante. - Moteur synchrone. - Moteur asynchrone triphasé. - Moteurs pas à pas. - Notions de base sur les asservissements - Présentation des asservissements par schéma unidirectionnel : chaîne de puissance ou chaîne directe ; chaîne de retour ou chaîne de contrôle ; opérateur de différence ; fonctions de transfert. - Précision et stabilité d'un asservissement : comportements typiques. - Nécessité d'un réseau correcteur pour traiter la grandeur d'erreur (régulateur). Différentes réalisations (numériques ou analogiques). - Etude expérimentale d'un motovariateur industriel ou d'une maquette de régulation de vitesse ou de position.

98 Document réponse DR.A.1 : diagramme de GANTT de la cellule de finition à compléter Tâches tcy (s) Station d attente=>pae Entrée PAE, prise carter, dépose 3,0 6,2 suivant et sortie Assemblage 22 Ressources Déplacement N+1 Prise N/Dépose N+1 Assemblage N+1 PAE=>PCE 2 Déplacement N Entrée PCE, prise carter, dépose 7,5 suivant et sortie Contrôle 40 étanchéité PCE=>PCV 1,8 Contrôle vision 2,6 PCV=> Convoyeur de sortie Convoyeur de sortie =>Attente 3,0 2,6 Concerne carter N Concerne carter N+1 Concerne carter N-1 Concerne 2 carters Robot à vide 10 s Prise N-1/Dépose N Prise N/Dépose N+1 Déplacement N-1 Contrôle vision N-1 Contrôle étanchéité N Contrôle étanchéité N+1 Déplacement N-1 Symboles pour les ressources : Station d attente (sortie du convoyeur d accumulation) = AT Robot de manutention = R2 Poste d assemblage = PAE Poste de contrôle étanchéité = PCE Poste de contrôle vision = PCV Convoyeur de sortie = CS.

99 P.C. HORS ENERGIE P.C. HORS ENERGIE GEMMA Document réponse DR.A.2 : GEMMA à compléter Guide d Etude des d Arrêts A PROCEDURES D ARRET de la Partie Opérative (PO) Références de l équipement: F PROCEDURES DE FONCTIONNEMENT Cellule de finition des carters mise en énergie de P.C. A6 <MisePOdansétatinitial> A1 < Arrêt dans l état initial > F4 < Marche de vérification dans le désordre > A7 <MisePOdansétat déterminé> A4 < Arrêt obtenu > F2 < Marche de F3 < Marche de préparation > clôture > A5 < Préparation pour remise en route après défaillance > PRODUCTION A2 < Arrêt demandé en fin de cycle > A3 < Arrêt demandé dans un état déterminé> F5 < Marche de verification dans l ordre > mise hors énergie de P.C. F1 < Production normale > F6 < Marche de test > mise en énergie de P.C. D2 <Diagnostic et/ou traitement de défaillance > D3 < Production tout de même > PRODUCTION PRODUCTION mise hors énergie de P.C. D1 < Arrêt d urgence > D PROCEDURES en DEFAILLANCE de la Partie Opérative (PO) F PROCEDURES DE FONCTIONNEMENT

100 Automatique et Informatique Industrielle Agrégation Interne de Génie Mécanique 2008 Éléments de corrigés ""#$%&''()*$#+$,-./01$,&2(33$ Partie A : GESTION DE L ILOT ROBOTISE ET COMMANDE SEQUENTIELLE DE LA CELLULE DE FINITION A.1. Gestion de la cellule de finition et du transfert poste à poste des carters "#$%&'()*+,+,)-)) 4567/8+#9$/#$10.:9.66#$154;6#"+$<=>?$#"$9#@7#4+."+$/#@$790"407#@$1#$ A5"4+05""#6#"+$18490+@$798481#66#"+$B C$$ D9840@#9$75;9$4-.E;#$+F4-#$/.$5;$/#@$9#@@5;94#@$;+0/0@8#@$G$ C$$ H9.4#9$/#@$9#4+.":/#@$.@@5408@$I$4-.E;#$+F4-#$75;9$/#$4.9+#9$)$#+$.;J$+F4-#@$1#@$4.9+#9@$)C?$#+$ )K?$98./0@8#@$#"$7.9.//L/#$1#$4#//#@$1;$4.9+#9$)$G$0"10E;#9$E;#/$#@+M$5;$E;#/@$@5"+$/#@$4.9+#9@$N)M$)C?$5;$)[email protected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`HZIXU**IV< T D9840@#9M$#"$S;@+0A0."+M$E;#//#$#@+$/.$+F4-#$/.$7/;@$78"./0@."+#>$ $ L75?1:/.78.2<8;47.$<745//<51/../0#45./5/38<0N25$.$<75$#4/<5;=7.a.7170/41/$4<574574;/Ia <7J#$%./1#45%b./;5741:;$5;( "#$%&'()*+,+/)-)) E;#$ /#$ H=3$ 1#$ 98#//#6#"+$ 9#@7#4+8M$ 18+#960"#9$ /#$ "56P9#$ 6.J06;6$ 1#$ 4.9+#9@$ P5"@$ E;#$ /R#"+9#790@#$ 7#;+$ #@789#9$ 7951;09#$ E;5+010#""#6#"+$.V#4$/.$4#//;/#$1#$A0"0+05"$.4+;#//#>$ FIZY]*Z*Z<#$5 *YEY17%5/%<A#4<87%c#2% "#$%&'()*+,+0)-) )1)*J7/040+#9$#"$E;50$/#$A.0+$1#$15;P/#9$/#$75@+#$1#$45"+9T/#$8+."4-80+8$7#96#+$ 1R.++#0"19#$/R5PS#4+0A$1#$7951;4+05"$G$ S40#2A.745./8#<5/0/1#45%b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b./;5741:;$5;*/5H( L/ 1:#$M 0N766/15/%./ 1#45%b./ a 24 8#<5/ #2.N725%/ /<5 67$5 /4 6#415$#4 02 8#<5/ >2$ /<5 8%d5e.#%<>2/./<0/2M./<#45I8%$#%$5;/<50#44;/728#<5/*($

102 WFF 17%5/%/4755/45/(%#A#5/4755/45/(Of WF* )55/45/UiR)S %#A#50/J745R)S(R)S8%d5 g* ]S45%;/R)SI8%$</17%5/%/50;8#</<2$J745] WFH %#A#5:#%<h#4/R)S(17%5/%8#<;R)S(17%5/%8%$<R)S ROS*8%d5 R)SUiROS* ROSH8%d5(ROS*8%d5 R)SUiROSH L741/%#%0%/7<</3A.7=/ WFV %#A#50/J745ROS*(ROS*8%d5 ]S45%;/ROS*I8%$</17%5/%/50;8#</ gh <2$J745] %#A#5:#%<h#4/ROS*(17%5/%8#<;ROS* (17%5/%8%$<ROS* ROS*UiRO" L741/%#%0%/1#45%b./;5741:;$5; WFY %#A#50/J745ROSH(ROSH8%d5 ]S45%;/ROSHI8%$</17%5/%/50;8#</ ge <2$J745] %#A#5:#%<h#4/ROSH(17%5/%8#<;ROSH (17%5/%8%$<ROSH ROSHUiRO" L741/%#%0%/1#45%b./;5741:;$5; %#A#50/J745RO"(RO"8%d5 WFE L741/%#%0%/1#45%b./J$<$#4 1#45%b./J$<$#4/66/152; gv ]&;8#</17%5/%OQ] * A.2. Modes de marche et d arrêt de la cellule de finition ) "#$%&'()*+.+,)-) 4567/8+#9$/#$^*]]$1;$154;6#"+$9875"@#$<=>Q$N45"+#";@$1#@$9#4+.":/#@C 8+.+@$#+$45"10+05"@$1#$7.@@.:#$1R;"$8+.+$I$/R.;+9#O$75;9$184909#)-) T /#@$ ;9#@$ 1#$ A5"4+05""#6#"+$ #+$ 1R.99X+$ 1#$ /.$ 4#//;/#$N6.94-#$.;+56.+0E;#M$.99X+$ 1#$ 7951;4+05"M$651#$6.";#/M$651#$1#$V890A04.+05"OM$ T /#@$795481;9#@$1R.99X+$1#$@84;90+8$N.99X+$1R;9:#"4#$#+$9#+5;9$#"$A5"4+05""#6#"+$.;+56.+0E;#$ 5;$#"$651#$6.";#/OM$ T /#$7.@@.:#$1."@$/R8+.+$_$D%$-59@$8"#9:0#$`$#+$/#$9#+5;9$1."@$/R8+.+$_$D%$#"$8"#9:0#$`>$

103 $ "#$%&')H "#$%&'()*+.+.)-)) D9575@#9$;"$:9.A4#+$1#$45"1;0+#$7#96#++."+$1#$:89#9$/#@$795481;9#@$1#$ A5"4+05""#6#"+$#+$1R.99X+>$ )* 01K(725#(1/..2./lJ$0/ (1/..2./l$4$5$7.$<// m* me K <17 J/%$6 3742($4$5 (1/..2./ J$0/ )H )V my )W A.3. Évacuation des carters contrôlés "#$%&'()*+/+,)-) 1/..2./lJ$0/ %1(725# 01K(725# R(j(/4%/6 1$*4909#$/#@$#J79#@@05"@$/5:0E;#@$7#96#++."+$1R8/.P59#9$/#@$45"10+05"@$_$4.9+#9$ P5"$`$#+$_$4.9+#9$6.;V.0@$`>$ 17%5/%A#4U17%5/%;5741:/(17%5/%1#45%b./J$<$#4jk 17%5/%372J7$<U17%5/%;5741:/B17%5/%1#45%b./J$<$#4jk C$ D9575@#9$;"#$@5/;+05"$@5;@$/.$A596#$1#$a;"4+05"$b/54c$<0.:9.6$Nab<O$7#96#++."+$1#$:8"89#9$ /#@$ V./#;9@$ 1#@$ V.90.P/#@$ 1#$ 45"+9T/#$ #+$ 1#$ 6.0"+#"09$ /#;9$ 8+.+$ #"$ #$ 1#7;0@$/#$ 7.@@.:#$.;$ 75@+#$ 1#$ 45"+9T/#$ 8+."4-80+8$S;@E;RI$ 4#$ /#$ 45"V5U#;9$ 4.9+#9$)C?$#@+$#"$45;9@$1#$45"+9T/#$V0@05"$5;$#"$45;9@$1#$1875@#$@;9$/#$45"V5U#;9$%3>$ [K8#5:\</<- T.7 <#.25$#4 8%#8#<;/ 3;3#%$</./< $46#%375$#4< 8#2% 0/2M 17%5/%<D/../ 8/25 d5%/ /M5%78#.;/ a 07J7457=/0/17%5/%<Ge T </2./.N$46#%375$#4.$;/ 72 1#45%b./ ;5741:;$5; /<5 3;3#%$<;/ D87% 24/ 8$./GI.N$46#%375$#4 02 1#45%b./J$<$#4;5745=;4;%;/c2<5/7J745.70;8#</0217%5/%<2%./1#4J#K/2%0/<#%5$/e T.N#%0%/0/%/12/$.0/<$46#%375$#4<4N/<587<1:74=;D87<0/17%5/%>2$<N$45/%17./7J/124725%/G( L7.$<5/0/<J7%$7A./<25$.$<;/<8#2%%;8#40%/a1/55/>2/<5$#4/<5.7<2$J745/- R7<<7=/*-J7%$7A./>2$0;5/15/./87<<7=/0/.78%/3$\%/8$\1/074<.N9.#5D8/%3/50N$4$5$7.$</%.7 8$./3$<//48.71/8#2%3;3#%$</%.N$46#%375$#4%/.75$J/721#45%b./;5741:;$5;Ge S+-J7%$7A./0/3;3#%$<75$#402%;<2.5750/1#45%b./;5741:;$5;8#2%.78$\1/+e S+T*-J7%$7A./0/3;3#%$<75$#402%;<2.5750/1#45%b./;5741:;$5;8#2%.78$\1/+T*e 1#45%b./;5741:;$5;/66/152;-J7%$7A./>2$J7.$0/.7<#%5$/0N2417%5/%021#45%b./;5741:;$5;e

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106 *FF ]/4755/45/#%0%/0/1#3857=/] $4$5l1#3857=/ *F* O,-UFOg-UF 17%5/%A#4(Q)POQ:725 17%5/%372J7$<(Q)POQA7< *FH O,-UO,B* *FV Og-UOgB* *FE * * 1#385/(6$4l1#3857=/ 1#385/(6$4l1#3857=/ *FY

107 P?1:/< 51K D<G Q575$#4 0N755/45/UiR)S S45%;/R)SI8%$</ 17%5/%I 0;8#</ <2$J745/5<#%5$/ Document réponse DR.A.1 : diagramme de GANTT de la cellule de finition à compléter VIF 'H '/<<#2%1/< WIH 'HIR)S )<</3A.7=/ HH R)S R)SUiROS H 'H &;8.71/3/45+ R%$</+T*^&;8#</+ )<</3A.7=/+ &;8.71/3/45+T* &;8.71/3/45+B* R%$</+^&;8#</+B* )<</3A.7=/+B* &;8.71/3/45+ &;8.71/3/45+BH R%$</+B*^&;8#</+BH &;8.71/3/45+B* S45%;/ ROSI 8%$</ 17%5/%I 0;8#</ <2$J745/5<#%5$/ O#45%b./ ;5741:;$5; XIY 'HIROS EF ROS ROSUiRO" *IZ 'H O#45%b./J$<$#4 HIW 'HIRO" RO"Ui O#4J#K/2% 0/ <#%5$/ O#4J#K/2% 0/ <#%5$/Ui)55/45/ VIF 'HIOQ HIW 'H R%$</+TH^&;8#</+T* O#41/%4/17%5/%+ O#41/%4/17%5/%+B* O#41/%4/17%5/%+T* O#41/%4/H17%5/%< '#A#5aJ$0/ O#45%b./;5741:;$5;+T* R%$</+T*^&;8#</+ R%$</+^&;8#</+B* &;8.71/3/45+T* O#45%b./J$<$#4+T* QK3A#./<8#2%./<%/<<#2%1/<- Q575$#40N755/45/D<#%5$/021#4J#K/2%0N $#4GU)P '#A#50/37425/45$#4U'H R#<5/0N7<</3A.7=/UR)S R#<5/0/1#45%b./;5741:;$5;UROS R#<5/0/1#45%b./J$<$#4URO" O#4J#K/2%0/<#%5$/UOQ( O$4<5,2)$) O#45%b./;5741:;$5;+ O#45%b./;5741:;$5;+B* &;8.71/3/45+T* &;8.71/3/45+ O#45%b./J$<$#4+ &;8.71/3/45+ P1K

108 P.C. HORS ENERGIE P.O. figée en l état P.C. HORS ENERGIE GEMMA Document réponse DR.A.2 : GEMMA Guide d Étude des Modes de Marche et d Arrêts Références de l équipement: %#//;/#$1#$A0"0+05"$ 1#@$4.9+#9@ mise en énergie de P.C. A PROCEDURES D ARRET de la Partie Opérative (PO) A6 < Mise PO dans état initial > A1 < Arrêt dans l état initial > Initialisation PO en ref Cellule vide et initialisée F PROCEDURES DE FONCTIONNEMENT manu manu manu.init.cellule_vide F4 < Marche de vérification dans le désordre > Marche en manu mise hors énergie de P.C. mise en énergie de P.C. A7 < Mise PO dans état déterminé> A5 < Préparation pour remise en route après défaillance > AU Remise en énergie D2 < Diagnostic et/ou traitement de défaillance > cellule_vide A2 < Arrêt demandé en fin de cycle > A4 < Arrêt obtenu > PRODUCTION Cycle en cours de fin Arrêt en l état A3 < Arrêt demandé dans un état déterminé> Cycle carter à retirer D3 < Production tout de même > fcy acquit rc. auto sca F2 < Marche de F3 < Marche de préparation > clôture > dcy.auto.cellule_vide.cellule_init F1 < Production normale > Fonctionnement automatique dcy.auto verif F5 < Marche de verification dans l ordre > Marche de verification (progression par valid) F6 < Marche de test > mise hors énergie de P.C. D1 < Arrêt d urgence > Figeage PRODUCTION depuis tous les états AU PRODUCTION D PROCEDURES en DEFAILLANCE de la Partie Opérative (PO) F PROCEDURES DE FONCTIONNEMENT

109 345%&#)6)-) ETUDE DE L ASSERVISSEMENT DE L OPERATION DE VISSAGE 6+,)78'&9):#);'<='$4(%$ "#$%&'()*+,+,$B$ /#@$ 790"407./#@$ #@$ 10@75"0P/#@$ 75;9$ /R.4E;0@0+05"$ 1#$ /.$ V0+#@@#$Ω>$ R7%3/<2%/$40$%/15/D3/<2%/0/8#<$5$#4G- 1#0/2%$41%;3/457. %;<#.J/2% R7%3/<2%/0$%/15/-0K473#571:K3;5%$>2/$ $ "#$%&'()*+,+-$B$ $79575@#9$ +#4-"5/5:0E;#$ 75;9$.4E;8909$ /.$ V./#;9$ 1;$ 45;7/#$ O785/2%R$;h#;./15%$>2/ O785/2%ac72=/<0N/M5/4<#3;5%$/ O785/2%0/0;6#%375$#4 $ "#$%&'()*+,+.$B$ 79575@#9$;"#$@5/;+05"$+#4-"5/5:0E;#$75;9$/#$45"+9T/#$A0"./M$.79L@$V0@@.:#M$1#$/.$ P5""#$75@0+05"$1;$P5;4-5"$@;9$/#$4.9+#9>$$ $ O#45%b./0$%/1587%241785/2%0/8%;</41/02A#21:#4D0;5/15/2%7J/1240;8.71/3/450N24J;%$4I 1785/2%0/0;8.71/3/45L"&PI/51(G O#45%b./87%1785/2%<74<1#45715D0;5/15/2%$40215$6I17871$5$6#2#85$>2/G O#45%b./87%24<K<5\3/0/J$<$#4 6+.)>%":#):#)?4)=84$#):#):@=?4;#<#(%)A)B&%#$$#);'($%4(%#) "#$%&'()*+-+,B$ #"$.77/0E;."+$/#$+-859L6#$1;$656#"+$1R0"#9+0#M$15""#9$/R8E;.+05"$10AA89#"+0#//#$ 9#/0."+$% 6 MM$ΩM$A$#+$e>$ $ )88.$175$#4025:;#%\3/023#3/450N$4/%5$/aq $ $ $ 1ΩD+ G e( = % 6 A ( Ω $ 1+ $ "#$%&'()*+-+-B$ 15""#9$/.$A5"4+05"$1#$+9."@A#9+$75;9$/.$V0+#@@#$1;$65+#;9$@5;@$/.$A596#$B$$ $ $ $ f? N7O$g$Ω$N7Oh$2N7O$$$$$$$$$$$$7$8+."+$/.$V.90.P/#$1#$'.7/.4#>$ 2 D 7G )J/1.7%/.75$#4;./15%$>2//5/487<<745aL78.71/-$ ( D 7G = $ = + '( 7, + ( 2 D 7G S425$.$<745.7%/.75$#4/45%/./1#28.//5./1#2%7454#2<7J#4<-$ % 6 D 7G = $ = + '( 7, j4#a5$/457.#%< f*d 7G + D= + '( 7GDe( 7 + A G $ "#$%&'()*+-+.$B$ 6#++9#$f? N7O$@5;@$;"#$A596#$4."5"0E;#$#+$15""#9$/R#J79#@@05"$1;$:.0"$NE;R5"$.77#//#9.$,OM$ 1;$ 45#AA040#"+$ 1R.659+0@@#6#"+$ NE;R5"$.77#//#9.$ 6O$ #+$ 1#$ /.$ 7;/@.+05"$79579#$1;$@U@+L6#$"5"$.659+0$NE;R5"$.77#//#9.$ω i O>$$

110 $ )8%\<$0/45$6$175$#47J/1.76#%3/174#4$>2/02</1#40#%0%/I#4#A5$/45-, + $ $ = $$$ =A '( A + = ( e ω F = $$#+$ 6 = =A 'e H '( e( = ( A "#$%&'()*+-+/$B$ 15""#9$ /#@$ V./#;9@$ ";6890E;#@$ 1#$,M$ 6$ #+$ ω i >$ <5""#9$./59@$ /R#J79#@@05"$ ";6890E;#$1#$f? N7O>$ $ )88.$175$#4423;%$>2/- 'U*Ω 6UF(FFZ+(3(< LUF(FFY[ q UF(FF*k=(3 H k 5 UH+(3^)$ )8%\<788.$175$#4423;%$>2/#45%#2J/- )UHYF ω i $g$wi$@ C?$$$ /53UHIW$ $ "#$%&'()*+-+0$B$$ C$%567+#$+#";$1#@$V./#;9@$";6890E;#@$+95;V8#@$1."@$/.$E;#@+05"$798481#"+#M$ 65"+9#9$E;R0/$#@+$75@@0P/#$1#$6#++9#$f? N7O$@5;@$/.$A596#$B$ f? N7O$g$$h$NN?Kτ? $7O>N?Kτ Q $7OO>$ T <5""#9$./59@$/.$V./#;9$";6890E;#$1#$τ? $#+$1#$τ Q >$ T %5"4/;9#$@;9$/.$V./010+8$1R;"#$#J79#@@05"$@067/0A08#$1#$f? N7O$@5;@$/.$A596#$ 1R;"#$ A5"4+05"$ 1#$ +9."@A#9+$ 1;$ 79#60#9$ 5919#$ 15"+$ V5;@$ 15""#9#j$./59@$ /R#J79#@@05"$";6890E;#$4567/L+#>$ $ &N78%\<./%;<2.5750/.7>2/<5$#4,(H(H#48/25$0/45$6$/%τ * /50/τ H ( ' e τ * = /5 τ H = = A )8%\<.N788.$175$#4423;%$>2/I#45%#2J/τ * UY3</5τ H UFI*HY< j4j#$5>2n$.k724%788#%50/hy/45%/τ * /5τ H (f./<50#418#<<$a./0/4;=.$=/%τ * 0/J745τ H ( HYF j477.#%<.n788%#m$375$#4- f*d 7G = D* + FI*HY 7G $$ 6/+)C%":#):#)?4)=84$#):#)$#554D#) "#$%&'()*+.+,$B$ #"$.77/0E;."+$ /#$ +-859L6#$ 1;$ 656#"+$ 1R0"#9+0#$ I$ /R#"@#6P/#$ 1#@$ 70L4#@$ 9#798@#"+8$ 7.9$ /R0"#9+0#$8E;0V./#"+#$eM$ 15""#9$ /R8E;.+05"$ 10AA89#"+0#//#$9#/0."+$ %6M$θ$M$AM$e$#+$,>$ $ )88.$175$#4025:;#%\3/023#3/450N$4/%5$/aq $ $ 1ΩD+ G 1ΩD+ G e( = % 6 D+ G % 9 D+ G A ( ΩD+ G $$1R5kM$$ e( = % 6 D+ G,( θ D+ G A ( ΩD+ G $ "#$%&'()*+.+-$B$ 65"+9#9$E;#$/#$@U@+L6#$7#;+$X+9#$9#798@#"+8$7.9$/#$@4-86.$P/54$1#$/.$A0:;9#$b>[$ 40C.79L@>$<5""#9$/R#J79#@@05"$1#$^N7O>$

111 U(p) MOTEUR C m (p) - + G(P) E&D"5#)6+F)-,#21./#2J/%5/0/1#28./ Couple résistant C r (p) <R.79L@$ /#$ 98@;/+.+$ 1#$ /.$ E;#@+05"$ b>d>q$ "5;@$.V5"@M$.79L@$ /R.77/04.+05"$ 1#$ /.$ +9."@A5968#$ 1#$ * '.7/.4#$B$ Ω D 7 G = D% 6 D 7G % D 7GG $ De( 7 + A G 9, &9$/#$45;7/#$98@0@+."+$7#;+$X+9#$#J79068$#"$A5"4+05"$1#$/.$V0+#@@#$7.9$/.$A596;/#$B$% 9 D 7G = ΩD 7G $ 7, %#$E;0$15""#$B$% 9 D 7G = D% 6 D 7G % 9 D 7GG $ De( 7 + A G( 7 %#40$ 65"+9#$ E;#$ 7#;+$ X+9#$ 6518/0@8$.V#4$ /.$ P5;4/#$ 1#$ /.$ A0:;9#$ b>[$.v#4$, ^D 7G = De( 7 + A G( 7 $ $ "#$%&'()*+.+.$B$ ]5"+9#9$E;#$$/.$A5"4+05"$1#$+9."@A#9+$^N7O$7#;+$@R84909#$@5;@$/.$A596#$$$ $ $ $ ^N7Og$^*N7Ol$^HN7O$ $ $ $ V#4$^*N7OgΩN7OhN% 3 N7OC% % N7OO$$#+$^HN7OgO % (7)/ΩN7O$DJ#$%6$=2%/,(WG$ $ C m (p) + - G(P) G 1 (P) G 2 (P) Couple résistant C r (p) Ω(p) vitesse E&D"5#)6+G)-&;1#38#<$5$#40/.76#415$#4HI=JK)H, I=JL)H - I=J $ <R.79L@$ /.$ 1865"@+9.+05"$ 1#$ /.$ E;#@+05"$ b>d>q$ "5;@$.V5"@$ 18SI$ 8+.P/0$ E;#$ B$ * Ω D 7 G = D% 6 D 7G % D 7GG $ De( 7 + A G 9,.0"@0$E;#$B$% 9 D 7G = ( ΩD 7G $ 7 * )5;@$#"$181;0@5"@$15"4$E;#$ ^*D 7G = De( 7 + A G $#+$E;#$$$, ^ H D 7G = $ 7 $ "#$%&'()*+.+/$B$ 18+#960"#9$/.$A5"4+05"$1#$+9."@A#9+$f Q N7O$g$% % N7Oh$2N7O>$ $,(, # 79L@$4./4;/$5"$+95;V#$B$ f H D 7G = $ 7(De( 7 + A G +, L71#33740/0/1/8%#1/<<2<1#4<$<5/a0;6$4$%24/1#4<$=4/O %/6 8#2%./1#28./0/</%%7=/O % (L7 1#33740/ 0N7<</%J$<</3/45 $4<57..;/ 25$.$</./ 8%$41$8/ 02 3#0\./ $4J/%</( S../ $45%#02$5 0/2M A#21./<0N7<</%J$<</3/45/417<170/7J/1%/<8/15$J/3/450/2M1#%%/15/2%<Oj' * D8G/5Oj' H D8G( $

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124 DEUXIÈME ÉPREUVE D ADMISSION =-=-=-=-=-=-=-= Session 2008 TRAVAUX PRATIQUES DE PRODUCTION V. Berrou, K. Kouiss, M. Loisy et C. Roger. 1. OBJECTIF ET DÉROULEMENT DE L ÉPREUVE L épreuve doit permettre au candidat : d exploiter des documents techniques ou pédagogiques relatifs à une séquence de travaux pratiques ou à une séquence à caractère expérimentale, élément d un processus d apprentissage ; A partir de là, le jury évalue les capacités du candidat à : Proposer et justifier les principes, méthodes et mode opératoire à mettre en œuvre et à dégager les concepts auxquels ils se rattachent ; Réaliser, pour tout ou partie, selon la durée impartie, l activité prévue. L épreuve, d une durée de 8 h, se déroule en trois temps : Conduite de la manipulation (6h) Durant cette phase, les candidats disposent à leur poste de travail de tout le matériel et de toute la documentation nécessaires à la conduite de la manipulation. Toutefois, si un candidat souhaite un matériel complémentaire, il peut en faire la demande à un membre du jury qui le lui fournira s'il le juge opportun et s il est disponible. A la fin de cette première phase, les candidats doivent disposer de l'ensemble des éléments nécessaires à la préparation de la soutenance devant le jury : analyse de la problématique, choix opérés, les résultats de la mise en œuvre, écarts relevés, actions correctives effectuées ainsi que celles envisagées. Préparation de l exposé (1h) Pour finaliser leur exposé, les candidats sont installés dans une salle de bibliothèque pour construire leur activité pédagogique. Elle contient les référentiels des principales formations STI (Départements GMP des IUT, STS Industrialisation des Produits Mécaniques, STS Mécanique et Automatismes Industriels, STS Étude et Réalisation d'outillages de mise en forme des matériaux, STS Conception et Industrialisation en Microtechniques, STS Maintenance Industrielle, baccalauréat technologique Génie mécanique option Productique mécanique, enseignement ISP en classe de seconde), des ouvrages techniques ainsi que quelques catalogues industriels. Les candidats pourront également demander aux surveillants la reproduction de documents sur transparents.

125 Soutenance devant le jury, suivi d un entretien (1h) Pour son exposé, le candidat dispose d'un tableau et d'un rétroprojecteur. La soutenance comporte deux phases : - une phase d exposé n excédant pas une durée de 35 minutes pendant laquelle le candidat présente l ensemble de ses travaux et pour laquelle le jury conseille fortement la répartition suivante : - 20 minutes pour la problématique technique ; - 15 minutes pour l application pédagogique. - une deuxième phase, durant laquelle le candidat doit répondre aux questions du jury. 2. THÈMES DES MANIPULATIONS Chaque manipulation concerne la mise au point d'une production ou d un système automatisé de production et conduit à tout ou partie des activités suivantes : - analyse ; - expérimentation, optimisation ; - mise en œuvre ; - qualification, validation. A titre d'exemple, voici quelques thèmes abordés : Etude de pré industrialisation : détermination d'un principe d'outillage de mise en forme de matériaux. Limites d'utilisation des outils de coupe. Relation entre les écarts géométriques constatés sur une pièce fabriquée et les paramètres de réglage des asservissements des axes. Mise au point d une phase sur machine outil à commande numérique et concernant différents procédés de génération de surfaces. Mise en œuvre de la chaîne numérique (CFAO) en vue de la mise au point d un processus. Réglage et optimisation d'un système automatisé de production. Réglage hors machine lors de la mise en œuvre d une phase d usinage. 3. CRITÈRES D ÉVALUATION Lors de l exposé, l évaluation du jury porte sur : Analyse et démarche suivie (5 pts) : - analyser les données fournies ; - exploiter des documentations techniques ; - énoncer des hypothèses ; - proposer une méthode expérimentale réaliste et adaptée au problème étudié ; - organiser son poste de travail et gérer son temps.

126 Interprétation des résultats obtenus et des écarts observés (5 pts) : - mettre en œuvre la démarche expérimentale retenue ; - mettre en œuvre le matériel de production, de mesurage et de traitement des données (les candidats peuvent bénéficier du soutien de techniciens pour les phases opérationnelles) ; - réaliser une synthèse et une analyse critique des résultats obtenus ; - proposer éventuellement des études et des manipulations complémentaires pour atteindre l objectif. Application pédagogique (5 pts) : Le jury souhaite vérifier l aptitude des candidats à concevoir une séquence d enseignement. La séquence d enseignement qui peut faire partie d une suite de TP doit être en forte corrélation avec le problème technique traité dans le cadre de la manipulation proposée dans cette épreuve. Cette séquence est suivie d une séance de synthèse. L organisation de la séquence doit être formalisée sur une feuille pour être rétro projetée lors de la présentation au jury. Sur ce document doivent être consignés : - la classe à laquelle s adresse la séquence d enseignement ; - la (ou les) compétences(s) du référentiel visée(s) ; - la situation de l intervention dans le parcours de formation (progression de la classe) ; - le cycle d activités dans lequel s inscrit cette séquence ; - le plan de la séance de synthèse ; - la (ou les) connaissances(s) nouvelle(s) apportée(s) ; - les éléments d évaluation de l acquisition des connaissances nouvelles apportées aux élèves (ou étudiants) ; - les moyens de remédiation éventuels. Ces choix pédagogiques doivent pouvoir être argumentés devant le jury. Entretien avec le jury sur les 2 parties précédemment citées (5 pts) : - réactivité du candidat ; - qualités et pertinence des réponses à caractère : scientifique (principe physique, géométrie plane et vectorielle, ), technique (composants, mesures, modèle de comportement, ), pédagogique (démarche, organisation, stratégie, ). 4. COMMENTAIRES ET RÉSULTATS 4.1. Commentaires d ordre général Le jury a apprécié les prestations des candidats qui ont su valoriser leur travail par un exposé préparé et structuré, en utilisant à bon escient les supports mis à leur disposition (tableau, rétroprojecteur, ). Les candidats qui ont présenté et suivi un plan en adéquation avec le travail demandé se sont mis dans de bonnes conditions de réussite.

127 4.2. Commentaires sur l'analyse, la préparation et la conduite de l'étude Sur l aspect analyse et démarche : Le jury attend des candidats qu ils s approprient les problèmes techniques proposés. Il a déploré un manque de méthodologie (analyse de l objectif, élaboration du protocole d essai, ) et une utilisation incorrecte des outils de description et d expérimentation proposés (représentation fonctionnelle, modèle comportemental, ). Il a remarqué également un manque de rigueur, en particulier une absence de mise en place d hypothèses et de leurs justifications. Sur l aspect conduite de la manipulation : Les candidats se sont, d une manière générale, bien approprié les équipements et ont fait preuve d une bonne autonomie. En revanche, le jury renouvelle ses recommandations concernant le choix de moyens de mesures ou de contrôle adaptés. Dans certains cas, des candidats ont perdu du temps à vouloir utiliser des moyens inappropriés. Sur l aspect connaissances scientifiques et techniques : La plupart des candidats ont des connaissances techniques, mais trop souvent, leur démarche est approximative par manque de connaissances scientifiques. L'analyse des spécifications fonctionnelles demeure mal maîtrisée, compromettant ainsi la mise en œuvre efficace d'un processus d'usinage et d'autant plus la préparation d'une phase de métrologie. Le jury conseille fortement aux candidats de bien maîtriser cette partie de l analyse du problème pour pouvoir aborder la suite. Sur l aspect interprétation des résultats : L interprétation des résultats est souvent incomplète ou se limite à leur seule observation non commentée. De même, les incertitudes ne sont jamais prises en compte. Enfin, le jury souhaite que les candidats exploitent les résultats afin d exprimer et d engager les actions correctives nécessaires pour atteindre les objectifs techniques initiaux. Sur l aspect restitution du travail : Le jury a apprécié la qualité de l expression orale de la plupart des candidats, qui ont su restituer l essentiel du déroulement de la manipulation. Les développements gagneraient à s appuyer sur des schémas ou des figures clairs et légendés. Enfin, les durées imparties, de 20 minutes pour la présentation de la manipulation et de 15 minutes pour l exploitation pédagogique, n ont pas toujours été respectées. Les candidats semblent avoir été souvent pris par le temps au cours de la préparation de l exposé et la partie pédagogique s en trouve malheureusement amputée. Le jury conseille aux candidats d anticiper la présentation des travaux pratiques en organisant les éléments de leur réflexion et en collectant les résultats de leurs actions durant l activité pratique.

128 4.3. Commentaires et recommandations relatifs à la conception d'une séquence d enseignement Le jury insiste sur la nécessaire corrélation entre l exploitation pédagogique présentée et le problème technique traité lors de la manipulation. Le jury a remarqué de bonnes propositions d exploitation pédagogique, mais il a encore constaté de difficultés, chez certains candidats, à concevoir et à justifier une organisation de séquence d apprentissage s inscrivant dans un cycle de formation bien identifié. Il convient d avoir une approche rigoureuse dans le choix de la séquence d enseignement. Pour cela, il est conseillé de dégager les savoirs et les savoir-faire à mobiliser pour résoudre les problèmes techniques soulevés dans la manipulation afin de pouvoir les mettre en relation avec les référentiels. Ces derniers sont mis à disposition dans la salle de préparation. Il est recommandé aux candidats d identifier la (ou les) compétence(s) et ensuite les connaissances qui leur(s) sont associées. Il est possible ensuite de décrire succinctement le cycle d activités constitué en général d une série de TP basés sur un même centre d intérêt, le cycle se déroulant sur une période de temps limitée. De plus, la réflexion sera aboutie si les conditions d encadrement du groupe d étudiants (élèves) sont décrites. Cette démarche éviterait à certains candidats de reproduire directement le déroulement de la manipulation comme scénario de la séance d enseignement Commentaires et recommandations relatifs à l entretien avec le jury Le jury questionne le candidat pour se faire préciser certains points concernant la manipulation, le travail réalisé et l exposé. Le jury a apprécié la réactivité de certains candidats qui n hésitent pas à argumenter de façon rigoureuse et pragmatique en s aidant de schémas clairs et précis. Enfin, le jury attend des candidats qu ils se présentent à cette épreuve dans une tenue à la fois correcte et adaptée aux activités usuelles dans un atelier (vêtement de travail indispensable) Répartition des notes Répartition des notes de TP 5 4 Effectif Note Moyenne de l épreuve: 8,95

129 5. EVOLUTION DES TRAVAUX PRATIQUES Les thèmes des manipulations de l épreuve de travaux pratiques de production sont de deux types : - la mise au point d une production ; - la mise au point d un système automatisé de production. A cette session, l'étude de procédés d'obtention des pièces mécaniques par fonderie et par électroérosion a été abordée et le jury envisage, pour les sessions futures, d'étudier d'autres procédés.