1 seminaire national pt cerpet paris - 15 décembre 2006 s.i.i. et demarche de conception...
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6 S.I.I. ET DEMARCHE DE
CONCEPTION
L’environnement numérique au service de l’analyse et la
conception des systèmes industriels
Jean Marie Reynaud - Lycée Chevrollier Angers
Luc Launay - IA-IPR Académie de Nantes
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Le contexte du professeur
L’enseignement des S.I.I. en P.T.S.I. et P.T. s’intéresse aux outils et méthodes d’analyse et de conception, au comportement et à la réalisation de systèmes industriels pluritechniques… répondant à un besoin exprimé.
En référence aux textes du programme …
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Le contexte de la démarcheFaire juste du premier coup !
Contexte
Contraintes : suite d ’étapes
Résultat : « le produit »
Seul ce qui va poser problème doit être regardé
CONC-IND-PROD
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Organiser un enchaînement d ’étapes dédiées
L’enjeu de la démarcheRendre utile chaque étape
Contraintes
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L’enjeu de la démarcheLe juste nécessaire à chaque
étape
Contraintes
Adapter l ’exigence au degré de progression du projet
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Le souci constant de l’ingénieur est donc de conduire son étude à un résultat maîtrisé, adapté en terme de finesse d’investigation.
L’aptitude de l’ingénieur doit être grande en terme : d’innovation ; de complexité ; d’écarts ; de compromis.
En résumé …
L’enjeu de la démarche
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DOptimiser la conception d’un
système« La réunion de sous-ensembles
optimaux ne constitue pas un ensemble optimal » (Théorème de Bellmann)
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Une démarche générale en S.I.I.
Problématique Industrielle 1
Cahier des Charges Fonctionnel, … 3
Simulation / Calcul / Expérimentation 5
Interprétation des écarts 6
Validation 7Support Industriel 2
Modélisation 4
Authentique
Contemporain
Support Industriel 2
Proposition pédagogique
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L'actualité du support industriel conditionne la réalité du problème technique proposé :
bonne connaissance du système, des évolutions et modifications techniques qui ont déterminé les choix constructifs au sein du support ;
CdCF élément essentiel de la dimension industrielle.
Proposition pédagogiqueLe support industriel
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Une démarche générale en S.I.I.
Problématique Industrielle 1
Cahier des Charges Fonctionnel, … 3
Simulation / Calcul / Expérimentation 5
Interprétation des écarts 6
Validation 7Support Industriel 2
Modélisation 4
Authentique
Contemporain
Situation problème industrielle
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Proposition pédagogique
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Le support industriel est exploité pédagogiquement au travers d’une situation problème. Un questionnement ou une problématique qui garantit
l’authenticité du problème technique ; la légitimité de l’étude : la vraisemblance des résultats obtenus. L’étudiant apprécie alors naturellement, l’intérêt de la
démarche suivie et l’utilité des outils qui lui sont enseignés.
La situation problèmeProposition pédagogique
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La démarche générale en S.I.I.
Problématique Industrielle 1
Cahier des Charges Fonctionnel, … 3
Simulation / Calcul / Expérimentation 5
Interprétation des écarts 6
Validation 7Support Industriel 2
Modélisation 4
Authentique
Contemporain
Cahier des Charges Fonctionnel, … 3
Proposition pédagogique
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Analyse Fonctionnelle en S.I.I. dérives à proscrire
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La démarche générale en S.I.I.
Problématique Industrielle 1
Cahier des Charges Fonctionnel, … 3
Simulation / Calcul / Expérimentation 5
Interprétation des écarts 6
Validation 7Support Industriel 2
Modélisation 4
Authentique
Contemporain
Modélisation 4
Proposition pédagogique
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La modélisation, représentation simplifiée et non simpliste de la réalité, autorise les investigations théoriques au regard du point de vue retenu et de la problématique industrielle posée.
Considérer avec prudence, les modélisations « automatiques » proposées par certains logiciels, dans la mesure ou l’objectif de l’étude et le point de vue sont ignorés.
La modélisationProposition pédagogique
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Système de soudage par friction inertielle MTI 480
Cahier des charges fonctionnel
Énergie de soudage (proportionnelle à la surface à souder) = 110 J mm-2
Pression de soudage = 360 MPa
Vitesse circonférentielle = 100 m min-1
N = 150 tr/min
F = 3,6 106 N
I = 9300 kg.m2
Moteur SNECMA GE 90 équipant les Boeing B777
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Système de soudage par friction inertielle MTI 480
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60
90
120
150
0 2 4 6 8 10 12
temps en s
tr min-1 pression p
vitesse N
déplacement x
Schéma hydraulique
- Circuit de mise en accélération
- Circuit d’alimentation du vérin de poussée
M(4)1
(6)1
(9)1
(10)1
(12)1
(13)1
(15)1
(16)1
(17)1
(11)1
(1)1
(2)1
(3)1
(7)1 (8)
1(5)1
a1
b1
c1
(14)1
d1
Chariot
Coulisseau
Vérin de poussée
Ciseaux
VisEcrou
Volants d'inertie
Broche
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La démarche générale en S.I.I.
Problématique Industrielle 1
Cahier des Charges Fonctionnel, … 3
Calcul / Simulation / Expérimentation 5
Interprétation des écarts 6
Validation 7Support Industriel 2
Modélisation 4
Authentique
Contemporain
Simulation / Calcul / Expérimentation5
Proposition pédagogique
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1) Le modèle de connaissance établi sera confronté avec intérêt aux résultats observés dans le cadre des TP, afin de développer une culture des ordres de grandeur.
2) L’exploitation numérique itérative, servie par la robustesse de la maquette, permettra de :
visualiser l’influence relative des différents paramètres,
d’étudier une configuration particulière, d’optimiser, de rechercher une situation critique, et dans le cadre d’une confrontation avec les TP
d’effectuer un recalage des modèles.
3 activités essentiellesProposition pédagogique
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3) Les travaux pratiques, la manipulation et l’observation permettront de construire des modèles et d’identifier les termes caractéristiques associés à des comportements.
L’environnement numérique n’apparaît plus comme une boîte d’outils sophistiqués, mais comme un vecteur d’apprentissage essentiel.
Dans ce cadre, plus de virtuel ne peut engager qu’à mieux appréhender le réel.
Proposition pédagogique3 activités essentielles
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Robotmanipulateur
Pièce Support
Opérateur
Milieuambiant
Énergie
FP1 FC1
FC2
FC3FC4
FC5
FP1 : Déplacer et orienter une pièceFC1 : Se fixer au supportFC2 : permettre la commande manuelleFC3 : permettre la commande par programmationFC4 : utiliser l'énergie disponible dans un atelierFC5 : ne pas perturber.
Analyse fonctionnelle externeDiagramme des inter-
acteursEn phase d ’utilisation
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Fonctions Critères NiveauxFP1 - Temps d’accélération minimal
- Vitesse maximale- Déplacement- Orientation- Charge maximale
355 ms1,5 m/sSphère de rayon R =0,75m2 degrés de liberté15 N
FC1 Mouvement résiduel 0FC2 Logiciel dédiéFC3 Logiciel dédiéFC4 Énergie électrique
Énergie pneumatique220 V 16A0,6 MPa
FC5 BruitFuites
__ dB0
Analyse fonctionnelle externeCaractérisation des
fonctions
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4321 yyyy
O3
O0
O4
Chaise 1
Bras 2
Poignet 4Avant-bras 3
Socle « fixe » 0
2y
4y
1x
0x
1
O1
O2
Pince 5
1 Mouvement de lacet
Mouvement d’épaule
Mouvementde coude
Mouvement de poignet
Mouvementdes pinces
Solutions envisageables :
Combinaison de rotations
Combinaison de translations
Combinaison de rotations et translations
Schéma cinématique spatial du robot
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Course 270° :
• Vitesse maxi : 90°. s-1
• Accélération maxi : 324 °.s-2
• Temps d ’accélération mini : 355 ms
1351θ135
ZONE DE L ’ETUDE
Performances de l ’axe de lacet
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Analyse fonctionnelle interne
Solutions associées
Moteur à courant continu
Poulies-courroie synchrone
Capteur inductif TOR et codeur incrémental
Liaisons pivot
Transformer l’énergie électrique en énergie mécanique
Réduire la vitesse de rotation et augmenter le couple
Capter la position de la chaise par rapport au socle
FT1 : Tourner la chaise 1 par rapport au socle 0
Guider les mouvements
Réducteur standard
Adapter et transmettre intégralement le mouvement
FAST
Asservir la position, la vitesse et l ’accélération Carte de commande...
Capter la vitesse de la chaise par rapport au socle Génératrice tachymétrique
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Recherche d ’une solution cinématiqueMoto-réducteur lié au
socle
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Recherche d ’une solution cinématiqueMoto-réducteur lié à la
chaise
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Recherche d ’une solution cinématique
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Solutions Avantage InconvénientMoto Réducteur fixe en bas Alimentation simple
Inertie réduiteEncombrement
Moto Réducteur fixe en haut Alimentation simpleInertie réduite
Fixation complexe
Moto Réducteur mobile en bas EncombrementFixation plus complexeInertie plus importante
Moto Réducteur mobile en haut Encombrement Inertie plus importante
Recherche d ’une solution cinématiqueChoix d ’une solution
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Recherche d ’une solution cinématiqueSolution retenue
A - Rechercher et choisir une solution
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Pré-dimensionnementEssai avec inertie estimée
Influence de la densité matériau
B - Pré-dimensionner des composants
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Pré-dimensionnementEssai avec inertie estimée
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5000
6000
0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 1.600
Temps en s
Vit
esse
en
tr/
min
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
0.035
0.040
Co
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ote
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m
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Cm (Alu)dt
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Pré-dimensionnement
Moteur CoupleenrotationlenteM0 (N.m)
Courantpermanentd'alimentationen rotationlente I0 (A)
Tension dedéfinitionU(V)
Vitesse dedéfinitionN (tr/min)
Inertie durotor(kgm².10-5)
Réductionpour obtenirle couple
Vitessemaximaleentréeréducteur(tr/min)
Réductionpourobtenir lavitesse
RS110M 0.05 1.5 20.7 3000 0.24 340.0 5000 333RS120G 0.092 2.3 21.2 3000 0.41 184.8 5000 333RS130E 0.13 2.7 23.7 3000 0.58 130.8 5000 333RS210L 0.11 2.5 24 3000 1.3 154.5 5000 333RS220F 0.225 4.1 25.4 3000 1.95 75.6 5000 333RS220K 0.232 2.8 38.6 3000 1.95 73.3 5000 333
D’après document PAVEX Calculs complémentaires
Moteur à courant continu
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Pré-dimensionnementMoteur à courant continu
Moteur CoupleenrotationlenteM0 (N.m)
Courantpermanentd'alimentationen rotationlente I0 (A)
Tension dedéfinitionU(V)
Vitesse dedéfinitionN (tr/min)
Inertie durotor(kgm².10-5)
Réductionpour obtenirle couple
Vitessemaximaleentréeréducteur(tr/min)
Réductionpourobtenir lavitesse
RS110M 0.05 1.5 20.7 3000 0.24 340.0 5000 333RS120G 0.092 2.3 21.2 3000 0.41 184.8 5000 333RS130E 0.13 2.7 23.7 3000 0.58 130.8 5000 333RS210L 0.11 2.5 24 3000 1.3 154.5 5000 333RS220F 0.225 4.1 25.4 3000 1.95 75.6 5000 333RS220K 0.232 2.8 38.6 3000 1.95 73.3 5000 333
D’après document PARVEX Calculs complémentaires
Le couple nécessaire en entraînement direct est de 17 Nm pour un bras en acierSoit une puissance maximale de 26 W à l'instant où la vitesse de rotation atteint 90°. s -1.
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Pré-dimensionnementRéducteur harmonic
DriveD’après document GAMMATIC
SérieHarmonieDrive
Taille Réduction
5 50 80 1008 50 72 10011 50 72 100
Réducteursde précisionSérie HDUCmini 14 50 72 88 100 110
Vitesse maximale d’entrée (lubrification à la graisse) : 5000 tr/min
« Sous carter »
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Poulie réceptrice(Nb dents)
Pouliemotrice
(Nb dents) Estimation Normalisé
rapport pouliecourroie
10 33 32 3.212 40 40 3.314 47 48 3.418 60 60 3.322 73 72 3.324 80 84 3.5
Pré-dimensionnementPoulies courroie
synchronesLa transmission poulie-courroie doit avoir une réduction de 3,3
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Moteur RS 130E
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Vitesse de rotation en tr/min
Cm
en
Nm Limite couple pour 12V
Limite couple pour 21V
Limite couple pour 33V
Limite couple permanent
Pré-dimensionnementLimites d ’utilisation d ’un
moteur CC
Zone de fonctionnement permanent
Zone de fonctionnement intermittent
m
2m
m
mm R
k
R
UkC
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Pré-dimensionnementLimites d ’utilisation d ’un
moteur
Le moteur s'échauffe à cause des pertes par effet joule
2m2
m
m2mj C
k
RIRP
La puissance moyenne sur un cycle est :
2therm2
m
mT
0
2m2
m
mmoyj C
k
RdtC
T
1
k
RP
Avec T
0
2mtherm dtC
T
1C le couple thermique
équivalent
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Y J.M
. R
EYN
AU
D
Pré-dimensionnementVérification moteur
Moteur RS 110M
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
0 2000 4000 6000 8000 10000
Vitesse de rotation en tr/min
Cm
en
Nm
Limite couple pour 12V
Limite couple pour 26V
Limite couple pour 33V
Limite couple permanent
Cm (Alu)
Cm (Acier)
Cm (Alu)
40
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Pré-dimensionnementVérification moteur
Moteur RS 120G
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Vitesse de rotation en tr/min
Cm
en
Nm
Limite couple pour 12VLimite couple pour 25V
Limite couple pour 33V
Limite couple permanent
Cm (Alu)
Cm (Acier)
Cm (Alu)
41
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Moto-réducteur de lacet
Bride
Boîtier excentrique
Poulie motrice
Roulement
Moteur Parvex
Arbre moteur
Rondelle d ’adaptation
Réducteur Harmonic Drive
Circlips
Bride
Pré-dimensionnement
42
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Pré-dimensionnementPoulie réceptrice
43
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Pré-dimensionnementÉléments pré-dimensionnés
44
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Arbre
S
R
S
S
S
Poulie fixePoulie motrice
Motoréducteur
Boîtier
Arbre
Socle
S
R
S
S
S
Chaise
S
S S S
Arr
êts
dém
onta
bles
S
Recherche d ’une solution constructiveSchémas technologiques
Ces schémas peuvent bien sur être tracés à
main levée
C - Rendre possible la comparaison entre
différentes solutions techniques à une même
fonction technique
45
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
•éléments standards
•pièces ou sous-ensembles existants
Sq
ue
lett
e v
olu
miq
ue
fo
nc
tio
nn
el
op
tim
isé
Etape 3
Squelette volumique fonctionnel
Sc
hé
ma
te
ch
no
log
iqu
e,
cro
qu
is à
ma
in
lev
ée
;
…
Etape 4
Simulations numérique
Etape 1
Mise en place des éléments connus
Etape 2
Esquisses contraintes (contours 2D)
ou
co
nc
ep
tio
n
rec
on
ce
pti
on
Du principe de solution optimisée au squelette volumique fonctionnel
Démarche de modélisation 3D d’un ensemble
46
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensembleEsquisse de conception à main levée
D - Proposer une solution constructive
47
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensembleLa conception hors assemblage
48
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensembleLa conception dans l’assemblage
49
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensembleCombinaison des modes ascendant et descendant
50
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Dessin à main levée Esquisse sur logiciel 3D Résultats
Démarche de modélisation 3D d’un ensembleModélisation d ’une pièce isolée
51
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensemble
E - Mettre en place les éléments donnés
Modélisation dans l ’assemblage
52
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensemble
53
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensemble
54
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensemble
55
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensemble
56
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensemble
57
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensemble
58
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensemble
59
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensemble
60
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensemble
61
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensemble
62
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensemble
63
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensemble
64
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensemble
65
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensemble
F - Tracer le squelette volumique fonctionnel
66
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensemble
• Il est possible de tracer l ’ensemble des esquisses sans générer de volume mais la lecture du résultat est difficile.• La compréhension est aisée si on génère les volumes dès que c’est possible.• Dans tous les cas, les esquisses doivent être complètement contraintes.• La robustesse de la maquette numérique est améliorée si les contraintes sont placées entre entités de construction (esquisses, axes…).
67
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensembleSimulation
Si l ’assemblage a été structuré en sous ensembles cinématiquement équivalents, alors le ré-assemblage pour faire une simulation mécanique est simple et rapide
G - Vérifier les performances et le
dimensionnement des composants
68
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensembleSimulation
La modélisation peut être faite en utilisant les liaisons cinématique minimales si on ne s ’intéresse qu ’à la transmission de puissance
69
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensembleSimulation
On choisira une modélisation plus détaillée si l ’on souhaite en plus calculer les charges dans les roulements...
Attention : modélisation hyperstatique. Il faut rendre la solution isostatique ou imposer une inconnue pour rendre le calcul possible.
L ’utilisation d ’une méthode appropriée est alors nécessaire pour trouver les charges axiales dans les roulements
70
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensembleSimulation
71
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Etape 2
Pièce fonctionnelle optimisée
Etape 3
Formes du brut
Etape 1
Volume matière fonctionnel de base
Squelette volumique fonctionnel
Pièce finie
Modules calculs
Procédé de fabrication et
modules métiers
Démarche de modélisation d ’une pièce Relation produit-procédé-
matériau
72
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Relation produit-procédé-matériau
Démarche de modélisation d’une pièce
Volumes fonctionnels
Brut moulé
Pièce finie
73
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation d’une pièce Relation produit-procédé-
matériau
H - Faire intervenir la relation produit-
procédé-matériau
74
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Démarche de modélisation 3D d’un ensemble Mise en place des éléments
d ’assemblage
75
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Modélisation de la commande
-
+ I(p)v
(p)
KE
p.LR
1
KTCI(p)
boucle de courant
p.J
1
T
Cm(p)++
Cr(p)
Um(p)
-
+Ic(p)CV
Asservissement en position de l’axePrincipe de la commande en courant
)Lp
R1(R)p(CI
76
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Modélisation de la commande
I(p) (p)KT
p.J
1
T
Cm(p)++
Cr(p)
Ic(p)CV 1
Asservissement en position de l’axePrincipe de la commande en courant
77
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Modélisation de la commande
-
+
position bras
Cm
moteur
PID-
+c ROBOTVIRTUEL
Algorithme carte
U
Modèle simplifié dela commande en
courant du moteur Modèlenumérique 3D
Mouvement simulé
Algorithme MotionWorks
Valeurs desgrandeursmécaniques pourchaque liaison
CvI
KT
KV
Asservissement en position de l’axePrincipe de l ’asservissement virtuel
78
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
SimulationAsservissement en position de
l’axe
79
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
SimulationAsservissement en position de
l’axe
80
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Simulation
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
0 0.5 1 1.5 2 2.5
Temps en s
position lacet ( rad )Vitesse lacet ( rad/s )consigne en radcourant moteur en A
I - Vérifier les performances attendues. Valider les choix
Asservissement en position de l’axe
81
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Simulation
Moteur RS 120G
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
-1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Vitesse de rotation en tr/min
Cm
en
Nm
Limite couple pour 12VLimite couple pour 25VLimite couple pour 33VLimite couple permanentCouple moteur simulé en Nm
Zone d ’utilisation du moteur
82
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Retour au réel Mesures sur le robot ERICC3
;--------------------------------------------------;Programme..…10. : ;Auteur .....…JMR : ;Fonction ..…Vérification performances lacet ;Dernière mise a jour : 15-12-2006;--------------------------------------------------CLOSEDELETE GATHEROPEN PROG 10 CLEAR;Paramétrage de l'accélération --------------------TS0TA355;Paramétrage de la vitesse ------------------------F90x0y0z-90u0a0x90y0z-90u0a0x0y0z-90u0a0
CLOSE
Temps d ’accélération en ms
Commande position en coordonnées articulaires (1, 2, 3, 4, 5)
Vitesse maximale en °/s
Bras tendu et perpendiculaire à l ’axe du lacet
83
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Retour au réel Mesures sur le robot ERICC3 :
90°/s
-150
-100
-50
0
50
100
150
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Temps en ms
Position - Lacet deg.
Vitesse - Lacet deg./s
Consigne vitesse - Lacet deg./s
Consigne position - Lacet deg.
La consigne de position n’est pas respectée
84
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Retour au réel Mesures sur le robot ERICC3 :
90°/s
-150
-100
-50
0
50
100
150
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Temps en ms
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
Vitesse - Lacet deg./sConsigne vitesse - Lacet deg./sCourant moteur - Lacet A
Le courant sature à 1,7A et le robot n ’arrive pas à suivre la vitesse souhaitée
85
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Retour au réel Mesures sur le robot ERICC3 :
90°/sMoteur RS 120G
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Vitesse de rotation en tr/min
Cm
en
Nm
Limite couple pour 12VLimite couple pour 25V
Limite couple pour 33V
Limite couple permanent
Couple moteur mesuré en Nm
Le moteur est utilisé seulement dans la zone de fonctionnement permanent
86
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
Retour au réel Mesures sur le robot ERICC3 :
40°/s
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
Temps en ms
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
Vitesse - Lacet deg./s Consigne vitesse - Lacet deg./s Courant moteur - Lacet A
La consigne est respectée
Les liaisons ne sont pas parfaites : courant dû aux frottements
87
SEM
INA
IRE N
ATIO
NA
L PT
Cerp
et
Pari
s -
15
déce
mb
re 2
00
6 –
L.
LAU
NA
Y J.M
. R
EYN
AU
D
-2
-1.5
-1
-0.5
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Position lacet en deg
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Courant moteur - Lacet A
Retour au réel Mesures sur le robot ERICC3 :
40°/s
Les liaisons ne sont pas parfaites : courant dû aux frottements
J - Identifier les écarts et recaler les modèles
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Éléments de conclusion
L’automatique et la mécanique au service de la conception des systèmes industriels
La modélisation fonction du point de vue et du problème posé.
La simulation numérique encadrée par une analyse préalable du problème et une validation terminale des résultats.
Un support industriel riche et contemporain pour enseigner …
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« Les excès novateurs de la veille étonnent toujours par leur timidité. »
Paul Valéry
Bibliographie
Séminaire du nouveau référentiel BTS CPI - Albi décembre 2004 Séminaire des corps d’inspection - Clermont Ferrand avril 2003 Stage Liesse - Angers mai 2003 Stage Liesse - Clermont Ferrand mai 2001
Avec la collaboration précieuse et complice
de Jacques DURAND.