Séminaire Sciences Industrielles pour l’ingénieur TP et...
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SéminaireSciences Industrielles pour l’ingénieur TP et démarches inductives
Jeudi 17 décembre 2009Lycée Clémenceau – Nantes
17/12/2009 Centrale Nantes - Retour d'expériences 3
Quelques chiffres…1 650 étudiants :
> 30 % d’élèves-ingénieurs en double-diplôme à l’étranger> 20 % d’étudiants étrangers sur le campus> 100 universités partenaires dans 40 pays
150 professeurs, chercheurs et enseignants-chercheurs150 personnels administratifs et techniques250 intervenants industriels
40 000 m2 de locaux sur un campus de 16 ha31 M€ de budget consolidé
17/12/2009 Centrale Nantes - Retour d'expériences 4
Environnement Recherche
4 Laboratoires de recherche> IRCCyN - Institut de Recherche en Communications
et en Cybernétique de Nantes (CNRS 6597)> LMF - Laboratoire de Mécanique des Fluides (CNRS
6598)> GeM - Institut de Recherche en Génie Civil et
Mécanique (UMR CNRS 6183)> Laboratoire de Mathématiques Jean Leray (UMR
CNRS 6629).
7 M€ de contrats de recherche / industrie
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PSI : 75
Etudiants étrangers 35
Banque filière PT : 20
CASTING : 20
TSI : 15
Concours ATS : 10
Cycle international : 5
Handicapés : 2
MP : 135
PC 50
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Qui intègre à Centrale Nantes ?
PROMOTION335 ELEVES INGENIEURS…
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Le parcours de formation3 semestres de tronc commun S1-S2-S3
Enseignements en sciences fondamentales, sciences de l’ingénieur, sciences de l’entreprise et sciences humaines et sociales.
1 semestre différencié S4Renforcer la particularité du parcours, soit en le consacrant àl’international, soit à l’étude d’un enjeu de société.
2 semestres d’options S5 – S6En 3e année, l’élève-ingénieur choisit une option disciplinaire et une option professionnelle.
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3e annéeOptions disciplinaires
Ingénierie des systèmes, des images et des signauxInformatiqueDéveloppement des Produits et de Systèmes IndustrielsMatériauxSimulation en Ingénierie MécaniqueGénie Civil et EnvironnementÉnergétiqueHydrodynamique et Génie Océanique
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3e annéeOptions professionnelles
Management de projetsEntreprendreFinanceDesign industriel, Marketing et InnovationQualitéRecherche et DéveloppementVille et Services durablesDéveloppement d’un projet personnel
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Retour d’expériences
Présentation de deux approches différentes et complémentaires
Automatique> Département Automatique et Robotique
Production industrielle> Département Ingénierie des Produits et des
Systèmes Industriels
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Le département Automatique et Robotique
Formation des élèves ingénieurs (TC et options)
Formation ITII (BTP, Mécanique)
Masters• Master ASP (Automatique et Systèmes de Production)• Master Erasmus Mundus EMARO
(European Master on Advanced Robotics)
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Formation des élèves ingénieursen Tronc Commun EI1 – EI2
Cours de tronc commun (330 EI1 – 300 EI2)Bases de l’automatique et notions connexes
1ière année: 3 cours de 32h• Signaux Systèmes et Simulation• Instrumentation et Capteurs• Automatismes (systèmes à évènements discrets)
2ième année: 3 cours de 32h• Énergie Électrique, de la Conversion à l’Actionneur• Électronique • Commande (des systèmes dynamiques)
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Formation des élèves ingénieurs en option EI3 : ISIS et ses filières
Cours de Tronc Commun de l’option (200h)
3 filières d’approfondissement (300h)• Images – Signal – Biomédical – Audio• Systèmes de Production• Transport
Projets (150h)
(Ingénierie des Systèmes, de l’Image et des Signaux)
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Les TP assurés par le Départementen tronc commun EI1 et EI2
Tous les TP se font à l’issue des cours> TP de type illustration de points du cours> TP de type mini-projet
12 groupes de 26 à 28 étudiants
16h12h12h12hTP10h12h10h8hTD/TA
6h8h10h12hcours
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Signaux, Systèmes, Simulation SCUBE – EI1
TP1 : "Signal" :> Analyse spectrale d’un signal réel de musique
• côté ludique : traitement de signaux musicaux réels• fonctionnement de codeurs décodeurs de type MP3
TP2 : "Simulation & Systèmes" > Simulation d'une navette spatiale dans l'atmosphère
• difficultés à faire le lien entre le système physique et sa modélisation mathématique (Matlab Simulink).
TP3 : "Filtrage"> Élimination d'une note dans une gamme musicale
• manipulation sur un signal réel simple
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Instrumentation et CapteursINSCA – EI1
Objectifs• sensibilisation aux composants d'une chaîne d'instrumentation
industrielle (capteur, conditionnement, transmission, actionneur, interface utilisateur)
• nécessité de conditionner le signal capteur, de configurer correctement une interface d'acquisition, d’interpréter et d’analyser les signaux en fonction des besoins pratiques.
> TP1 et 2 : "carte E/S NI et logiciel LabVIEW"> TP3 : "bus CAN"
Intérêts• Logiciel industriel• Communications de données avec un système industriel• Meilleure perception des notions vues dans le cours SCUBE
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AutomatismesAUTOM – EI1
TP1 : "Apprentissage des langages d’automaticien"• Apprentissage sur un atelier logiciel par réalisation de systèmes logiques sur
PC - Automate programmable
• Mesure de la difficulté du passage de la théorie à la pratique
TP2 & 3 : "Microprojet" • Étudier et réaliser la partie commande d'un système automatisé à partir d'un
cahier des charges textuelMatériels et logiciels mis à disposition :
– Maquette pédagogique d'une partie opérative, – interface homme - machine, – PC servant d'automate programmable avec un atelier logiciel.
• Microprojet très bien perçu– Concrétisation des notions théoriques vues en cours– Résultats immédiatement visibles – Une démonstration en fin de séance participe à la notation
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Énergie électrique, de la conversion à l’actionneur. EECOA - EI2
TP plus classiques (mesures, analyses)• Convertisseurs (Hacheurs, Onduleurs, Redresseurs)• Générateurs électriques• Les différents types de moteurs
L’objectif principal de ces TP : « mettre du matériel industriel entre les mains des étudiants»
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Électronique (1/5)
EONIQ - EI2
Formation axée sur un micro projet de 16h6h de cours seulement
> Avant : travaux pratiques traditionnels : mesures sur des montages classiques (diodes, transistors et amplificateurs opérationnels …)
> Après : Micro projetConception d’un circuit électronique réalisant la commande d’un petit train électrique (1/60e).
Côté ludique apparent fortement apprécié.
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Analyse et commande de systèmes dynamiques (asservissement et régulation)
TP : étude en quatre points> Analyse du système (basée sur un modèle identifié fourni)> Analyse d’un cahier des charges réaliste> Des synthèses de régulateurs (basées sur le modèle identifié)> Des tests sur maquettes
• Mise en évidence des compromis classiques de la commande (performance / saturation,…)
• Étude de condition de non saturation de la commande• Possibilité d’optimiser les réglages des lois de commande
Commande (1/7)
COMDE - EI2
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Commande (2/7)
COMDE - EI2
5 maquettes (Didalab, Adaptech, Ipsis…) triplées pour 15 binômes potentiels
PC avec Matlab / Simulink• Code Matlab spécifique pour la synthèse de régulateurs• Simulink (toolbox temps réel, real-time windows target)
pour la commande
Cartes E/S National Instrument
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Commande (3/7)
COMDE - EI2
Asservissement de position d’un axe moteur
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Commande (4/7)
COMDE - EI2
Asservissement de vitesse d’un axe moteur
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Commande (5/7)
COMDE - EI2
Asservissement de température d’une plaque métallique
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Commande (6/7)
COMDE - EI2
Asservissement de niveau dans un bac
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Commande (7/7)
COMDE - EI2
Asservissement de débit d’air en sortie d’une colonne de séchage
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… à retenir
Utilisation de maquettes réelles
TP de type projets plutôt que TP classiques
Côté ludique de certains TP
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Formation des élèves ingénieurs en option EI3 : ISIS et ses filières
(Ingénierie des Systèmes, de l’Image et des Signaux)
17/12/2009 Centrale Nantes - Retour d'expériences 32
Formation des élèves ingénieurs en option EI3 : ISIS et ses filières
(Ingénierie des Systèmes, de l’Image et des Signaux)
17/12/2009 Centrale Nantes - Retour d'expériences 33
Ingénierie des Systèmes, de l’Image et des Signaux
17/12/2009 Centrale Nantes - Retour d'expériences 34
Ingénierie des Systèmes, de l’Image et des Signaux
17/12/2009 Centrale Nantes - Retour d'expériences 35
Le département Ingénierie des Produits
et des Systèmes Industriels
Objectifs– Culture technique sur les Procédés et la Conception– Méthodes et Outils utilisant la maquette numérique
Volonté permanenteAvoir un caractère «OPÉRATIONNEL»
…. dont la Production Industrielle
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Production Industrielle pour tousTronc commun en première année > Pas de connaissances initiales et encore moins
d’expériences de réalisations pratiques (même les PT!)Niveau taxonomique : vécu et savoir être.Objectifs :> Humilité> Observation> Travail en milieu « hostile »> Prise de décision immédiate> Relation à la sécurité> Respect du savoir-faire> et aussi résistance physique…
2hVisite
28h =7x(2h+2h)TP
2hcours
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Production Industrielle pour tous330 élèves réalisent leurs produits !Encadrement nominal 8 élèves/enseignant> soit 1000 h de TP à gérer [équipe de 8 enseignants + 3 techniciens]
Méthodes industrielles de fabricationTechnologie et mise en œuvre des procédés d’usinage, de soudage, de découpageObservation des facteurs d’influence :> Actions mécaniques, paramètres de la coupe, dispersions des
dimensions fabriquées, isostatisme, tolérances, états de surface,...
17/12/2009 Centrale Nantes - Retour d'expériences 38
Production Industrielle pour tousSensibilisation à l’ergonomie du poste de travail, sécurité et préventionTravail en binôme, évaluation collective
Pas de compte-rendu : zéro papier> tout s’efface sur papier plastifié.
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Enseignement choisiConception Prototypage Industrialisation
Enseignement électif, choisi par l’élève-ingénieur.Effectif 24 élèves de première annéeDurée : 32 h avec une équipe de 5 enseignants + 1 technicien
Validation d’une conception par prototypage rapide et mise en œuvre de l’industrialisation du produit> Projet de reconception, utilisation du maquettage numérique> Enseignement de projet (groupe de 3)> Sélection du meilleur projet pour la poursuite de la réalisation sur
machines de production> Evaluation par soutenance, dépôt de dossier numérique et
réalisation.
17/12/2009 Centrale Nantes - Retour d'expériences 40
Cahier des Charges
Reconception
Mesure
Mise Œuvre CN
Maquette Num. 2
Prototypage Rapide
FAO
Des. Def. Fonctionnel
IsoEnvi. Atelier
PV Contrôle
Pièce / entités fonctionnelles
Pièce d’esthétique en ABS
Maquette Produit d’industrialisation
Machine PR
Maq. Num
•Maquette Num. 1
•Entités Fonct.
• Mise en plan sans cotation
Conception PrototypageIndustrialisation
Conception
Cotation Gamme
17/12/2009 Centrale Nantes - Retour d'expériences 41
En offre différenciée (1/3 de la promo = 100 élèves)> Deuxième année – Durée 32h – 7 enseignants et 2 techniciens.
Objectifs du cours> Découvrir, mettre en œuvre, évaluer et comparer des procédés de
production industrielle.Plan de l’enseignement> Expérimentation sur procédés industriels innovants, études de
stratégies industrielles appliquées à l’évolution des procédés.Mots clefs :> Industrialisation,> Procédés,> Intégration de la chaîne numérique,> Mise en œuvre,> Automatisation de process.
Production Industrielle pour ……presque tous
24h = 2x(3x4h)TP
6hTA
2hcours
17/12/2009 Centrale Nantes - Retour d'expériences 42
Production Industrielle
Chaudronnerie et Soudage Automatisés
Formage IncrémentalSoudage par friction malaxage
Emboutissage OxycoupageDécoupe Plasma
Soudage sur robot
TIG
17/12/2009 Centrale Nantes - Retour d'expériences 43
Production IndustrielleChaîne Numérique et fabrication intégrée
Programmation d’usinages et application de stratégies sur différentes machines, observation et conclusion.
Quel processus de fabrication?Quelles stratégies d’usinage?
Quels paramètres?
Critères :Temps de réalisationQualité de surfaces
t = 1:29 t = 1:04
?
17/12/2009 Centrale Nantes - Retour d'expériences 44
Etude en autonomie par groupe de 4 sur l’industrialisation de produits :> mise en concurrence de procédés au niveau technologique et économique> approche développement durable
Restitution collective (tout le monde ne fait pas les mêmes études et manipulations)Utilisation de Tablet PC Wifi et accès immédiat aux bases de données sur les postes de travail
Production Industrielle
17/12/2009 Centrale Nantes - Retour d'expériences 45
Fin d’option avant le départ en TFEDernière année
Projet de conception intégrée40 élèves en option Développement des produits et des systèmes industriels.Durée 150 h sur 4 mois.Demande d’un client externe (mais pas de contrat)> élaborer un produit du cahier des charges à l’industrialisation
Enseignants – Experts : équipe pédagogique du Dpt (15 pers.)Travail de groupe (8 élèves) dont un chef de projetRèglementation (délivrables et calendrier imposés)Organisation libre :> Rôles répartis, chacun ne fait pas la même chose mais travaille pour la
même finalité.> Organisation du travail est décidé par le groupe.
Travail en concurrence
17/12/2009 Centrale Nantes - Retour d'expériences 46
Projet de conception intégrée
Evaluation collectiveSoutenance, Rapport, Délivrables, + Avis client
17/12/2009 Centrale Nantes - Retour d'expériences 47
Projet de conception intégréeSystème amortisseur dynamique antivibratoireKit d’adaptation d’assistance électrique pour véloIndustrialisation d’un brevet de ferme-porte penumatiqueReconception d’une orthèse de bras (CEA)Echaffaudage dépliant pour cuve de méthanierIndustrialisation d’une unité autonome de perçage
17/12/2009 Centrale Nantes - Retour d'expériences 48
TP vers l’excellence en Option
Présentation des idées et concepts, observations des premiers résultats expérimentaux
> Maquettage numérique des produits• Intégrité de la maquette numérique (STEP-NC)
> Rapid manufacturing• Conception et réalisation de pièce sur machine de fusion
laser à dépôt de poudre
En direct depuis la recherche…
17/12/2009 Centrale Nantes - Retour d'expériences 49
Mais aussi….L’apprentissage déductif de…….l’Ingénierie par démarche inductive
Initiation à la Stratégie expérimentale et aux plans d’expériencesDémarche d’ingénierie consistant à mener une campagne d’expérimentations pour mieux connaitre un système (produit, procédé, processus) en analysant son comportement.Activités transverses et multidisciplinaires
17/12/2009 Centrale Nantes - Retour d'expériences 50
Evaluation, contexte, vigilance
Il en faut bien une…Eviter les passagers clandestinsEquipe pédagogique nombreuse mais cohérenteEnvironnement couteux et très encadréInnover sans oublier les fondamentaux
17/12/2009 Centrale Nantes - Retour d'expériences 51
Conclusion
Aspect opérationnelÉvolutions techniques> Systèmes de plus en plus intelligents> Compétences des décideurs et des utilisateurs> Mesure d’investissements pour arriver là
Évolution de la pédagogie> Mesure de satisfaction> Qu’en reste t’il pour les étudiants ?> Pertinence dans le cursus ingénieur> Pertinence des enseignements dans le contexte mondial