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RAPPORTSURL’ÉPREUVEORALE2017DETPSIIDELAFILIÈRETSI
1/INTRODUCTION L’épreuvede travauxpratiquesdure4heuresetporte surdemultiples supportspluri-technologiquesdidactisésdont la listeestdétailléeauparagraphesuivant.Cetenvironnementpermetaucandidatdemettreenvaleur les connaissanceset les compétencesacquises lorsdesdeuxannéesdepréparationauxconcours.Pourchaquesystème,ils’agitainsiderésoudreuneproblématiqueréelleafinde:
• vérifieruneouplusieursperformancesattenduesouénoncéesdusystème;• valider ou modifier une modélisation totale ou partielle du système à partir de résultatsexpérimentaux• prédirelecomportementdusystèmeàpartird’unemodélisation.• Résoudreunproblèmeouanalyserdesdonnéesàpartirdel’outilinformatiqueL’épreuves’inscritdanslecadreduprogrammedeSciencesIndustriellespourl’IngénieurdeTSI.
Contexte
Lescandidatssontrépartisdans4sallespargroupede6étudiantsenmoyenne.Lesexaminateurssontdes enseignants de SII de tout niveau, du lycée aux écoles d’ingénieur, dont les disciplinesd’enseignementcouvrentl’ensembledeschampsdisciplinairesdelamécanique,dugéniemécaniqueetdugénieélectriquedanstoutessescomposantes.
Parsalle,lesétudiantstirentausortleursystèmed’étude,lesconsignesgénéralesdel’épreuveleursontalors transmises. Il est demandé, en particulier, de déposer les téléphones portables à l’entrée de lasalled’interrogationafind’éviterd’éventuellesfraudes.Lessacsetcartablessontdéposésàl’écart.Lebrouillon est fourni. Enfin, il est rappelé que l’usage de la calculatrice personnelle est strictementinterdit,àcetégarddescalculatricesscientifiquesbasiquessontmisesàladispositiondescandidats.
2/LISTEDESSYSTEMES Lessupportsd’étudecetteannéeétaientlessuivants:
ü Brasmanipulateurdefruits,ü Capsuleusedebocaux,ü Plateforme6axes,ü Ouvreportailélectrique,ü Axelinéaireasservi,ü Segway,ü Cordeusederaquette,ü Ouvrebarrièreautomatique,ü Brasderobotasservi,ü Directionélectriqueassistée,ü Systèmedelimitationdevitessed’ascenseur,ü Toitouvrantde206,ü Piloteautomatiquedebateau,ü Dialyseur,ü Ported’ascenseur,
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ü Gestiond’énergiesurunsystèmeautonomed’affichageSOLEOTEC,ü PosteautomatisédedosagepondéralGRAVITEC,ü RobotmanipulateurOWI535,ü RobotROVIO,ü Perceusesansfil,ü VoituredemodélismeSAVAGEXSFLUX.ü RobotGyropodeGEEROSü Machine-outilàcommandenumériqueavec4èmeaxePLT600ü Tapisdecourseü Couffinautomatiséü Tournevisélectrique
Commechaqueannée, le concours s’est encore enrichi denouveaux systèmes assurant ainsi lerenouvellementdessujets.Certainsdecessupportssontdoublésafind’accueillirsimultanémentde24à32candidatsrépartisenquatresalles,surdesproblématiquesdifférentesbalayanttoutleprogramme.
3/CONDITIONSDETRAVAIL Le centre d’oral met à la disposition du candidat un poste de travail constitué d’un système prêt àfonctionner, d’un porte document contenant l’énoncé de l’épreuve et divers autres documents quipourraients’avérernécessairesàlabonnecompréhensiondusystèmeouàsamiseenfonctionnement.Bien souvent, ces documents prennent la forme d’un dossier ressource contenant une descriptiongénérale du systèmeou encore d’un dossier technique qui sera utile pourmener à bien les activitésproposées.
Les systèmes sont généralement équipés d’appareils de mesures électriques de type pincemultifonction, d’analyseur de réseau ou encore de sonde de tension et de pince ampèremétriqueassociésàdesappareilsdevisualisationdutypeoscilloscope.
Enfonctiondusystèmeétudié,celui-cipeutégalementêtreéquipéd’uneinterfacedemesurereliéeàunordinateur.Ilestimportantdenoterquelaconnaissancepréalabledelogicielsn’estpasdemandée.Demanièregénérale, touteutilisationde logiciels (demodélisation typeMatlab,Scilab,Maplesim,demodeleursvolumiquedetypeSolidworksouInventor,ouencoredesimulationélectriquetypePSIMparexemple)estaccompagnéed’uneaidedocumentaireouoraledelapartdesexaminateurs.
Le poste de travail peut être complété par un sous-systèmequi permet au candidat d’accéder à unepartiedusystèmequin’estpasvisibleouquin’estpasdémontable.
En complément des logiciels dédiés aux sciences industrielles, les postes sont équipés d’unenvironnement de travail Python et/ou Scilab. En aucune manière, la maîtrise d’un environnementlogicieln’estévaluée.
Lamaîtrisedel’environnementdetravailneserapasexigéemaislaconnaissancedesfonctionsdebase,enaccordaveclecahierdeschargesdel’épreuveécrited’informatiqueestrequise(unedocumentationdebasedes langagesest fournie avec tous les TP,dumême typeque l’onpeut trouver surdes sitesinternet, par exemple http://perso.numericable.fr/jules.svartz/prepa/pdf/mementopython3.pdf). Pourles applications informatiques spécifiquesundescriptif des commandeset fonctionsparticulièresestfourniaveclesujet.
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4/DESCRIPTIONDESSUJETSETDEROULEMENTDEL’EPREUVELes sujets sont composés de trois parties principaleset permettent de valider les différentescompétencesduprogrammedesciencesindustriellesdel’ingénieuretd’informatique.
La première partie permet au candidat d’appréhender le système. Une séquence de mise enfonctionnement est proposée de manière à observer le comportement du système en conditionsréelles. Dans cette partie, le système et le cahier des charges sont décrits à partir des outils dedescriptionSysML,deschainesd’informationetd’énergie.Cepréambuleàl’étudeàproprementparlerapourobjectifd’intégrerlaproblématiqueetdecomprendrelesspécificitésdusystème.
La seconde partie amène le candidat à résoudre la ou les problématiques proposées de manière àvérifieret/ouoptimiserlesperformancesdusystème,voired’unepartiedusystème.Lescandidatssontalorsguidésdemanièreàpasserpardifférentesphasesd’expérimentation,d’analyse,demodélisation,demesure,puisd’interprétation.
Le candidat réponddonc aux activités proposées dans le sujet et les décrit aux examinateurs lors deleurspassageséchelonnéstoutaulongdelaséquence.
Une partie informatique est intégrée à chaque sujet. Cette partie permet de répondre, à l’aide d’unenvironnement de programmation (Python ou Scilab) à une des problématiques soulevées pendantl’étudedusystème.Ellepermetdevaliderlescompétencesspécifiquesàl’informatique.
Enfinetquelquesoitl’avancementdutravaileffectué,ilpourraêtredemandéaucandidatdeprésenteren une ou deux phrases une synthèse des activités traitées. Il s’agit alors de prendre du recul parrapport au travail réalisé en le synthétisant et en le recontextualisant vis-à-vis de la problématiqueinitiale. Cette phase de présentation est importante. Elle met en avant la capacité de synthèse ducandidat ainsi que son aisance à l’oral. Le candidat ne doit pas se contenter de paraphraser lesdifférentesétapesdesontravailmaisildoitchercheràfaireressortirleoulesobjectifsduTPqu’ilvientderéaliserendonnantsonavispersonneletenmontrantqu’ilestcapabledeprendredurecul.
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5/EVALUATION Quelquesoitlesystèmeétudié,lecandidatestévaluésur13pointssur20enfonctiondescompétencesduprogrammedesciencesindustriellesdel’ingénieur:
ü analyser;ü modéliser;ü résoudreü expérimenter;ü concevoir;ü réaliser;ü communiquer.
Lescompétencesspécifiquesàl’informatiquesontévaluéessur3pointssur20:
ü analyseretmodéliser;ü imagineretconcevoir;ü traduire;ü spécifier;ü évaluer,contrôler,valider;ü communiquer.
Lecomportementducandidatcomptepour4pointssur20enfonctiondescapacitéssuivantes:
ü travaillerdemanièreautonome;ü savoirprendredesinitiatives;ü argumenter,écouter,assimileretappliquer.
6/OBSERVATIONSDESEXAMINATEURSETCONSEILSAUXCANDIDATS
Surlesaspectsgénéraux
ü la prise en main des différents systèmes ne pose pas de problème particulier. Une grandemajoritédecandidatsestautonomeetrespecte lesconsignesdonnées,mais ilest regrettablede constater que certains candidats n’ont pas eu l’occasion de manipuler des systèmescomplexespendant leurscolarité.LapriseenmaindessupportsdeTravauxPratiquesdevientalorsparticulièrementdélicate,dufaitdel’inexpérienceducandidatdanscedomaine,voiredesonangoisse;
ü letirageausortd’unsupportdéjàconnuducandidatn’estpasungagederéussite,l’analysedusystèmedoits’effectueraveclamêmerigueurquelesupportsoitconnuounon.Biensouventlecandidat, en confiance, néglige la présentation du système, ce qui lui est fortementpréjudiciable. De plus, l’étude qui suit est nécessairement originale. Connaître lefonctionnementd’unsupportn’estdoncenrienunavantagedécisif;
ü les documentations techniques sont dans l’ensemble assez bien interprétées. Il est fortementconseillédeparcourir, lorsde lapremièrepriseenmain, l’ensembledusujetpourprofiterdetoutes les informations fournies, les informations essentielles étant très souvent mises envaleur;
ü les examinateurs rappellent que l’épreuve de TP est une épreuve évaluée en grande partie àl’oral.L’évaluationdescapacitésdescandidatsestbâtieautourd’undialogueetd’unéchange
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aveceux.Lessynthèsesdevrontêtrefaitesavecuneexpressionpertinente,claireetrigoureuse.Une attention toute particulière devra être portée à la précision du vocabulaire techniqueemployé;
ü il est rappelé aux candidats qu’une tenue correcte est exigée; si plus aucun candidat ne seprésente en short, il est tout demême surprenant que certains candidats ne fassent pas uneffortvestimentaireminimallorsd’uneépreuveorale.Cetteattitudeestpréjudiciablepourdesétudiants dont le futur métier d’ingénieur demande d’être exemplaire. De plus, les règlesélémentaires de sécurité sur certaines manipulations requièrent une tenue vestimentaireadéquate.
ü il est également rappelé aux candidatsqu’uneattitudeexemplaire etpositive lorsdesphasesd’échange avec les examinateurs est requise, certains candidats se permettant de soufflerdevantunequestionquileurapparaittropardueoudevantl’insistancedesexaminateurssurunpointquecesderniersjugentimportantpourpoursuivreletravailcorrectement.
Surlesaspects«analysefonctionnelle»
Touslessystèmesetsupportsutilisésparlescandidatssontdécritsàl’aidedesdifférentsdiagrammesdulangageSysMLparfoisassociésàunedescriptionàl’aidedeschainesd’informationetd’énergie.Enfonction de la problématique, la description est plus ou moins complète: on trouve en général lesdiagrammesdescasd’utilisation(uc),d’exigences(req),dedéfinitiondesblocs(bdd)et lediagrammedeblocinterne(ibd).Àcesdiagrammesserajoutentparfoisundiagrammed’état(sm)oudeséquence(seq).
ü Lescandidatsn’ontpaseudedifficultéparticulièreàlirelesdifférentsdiagrammes;ü lesquestionsd’analysefaisantintervenirplusieursdiagrammes(parexemple:préciserquelbloc
satisfaitquelleexigence)ontétéglobalementbientraités;ü leschaînesd’informationetd’énergiesontengénéralbientraitéesmaisonnotequelaculture
technologiquedescandidatscontinueàsedégrader;ü ladescriptiond’uncomportementd’unsystèmeàévénementdiscretparundiagrammed’état
n’estpasmaîtrisée(notiond’état,d’événement,deconditiondegarde,…).
Surlesaspects«analysesystémique»
ü lesnotionsdemodèledeconnaissanceetmodèledecomportementsontencoreassezflouesetnesontgénéralementpasassociéesauxdifférentesméthodesmisesenplacepour lesobtenir(rappel: unmodèlede connaissance est unmodèle issudes équationsphysiquesdu systèmealorsqu’unmodèledecomportementestunmodèleissuducomportementd'uneouplusieursfonctions mathématiques obtenues à partir des résultats expérimentaux observés sur lesystèmesuite,parexemple,àdessollicitations);
ü lesnotionsdemodèlescausauxetacausauxrestentellesaussiencoreassezfloues;ü lesrésultatsd’unesimulationmultiphysiquerestentencoredélicatsàinterpréter.
Surlesaspects«mesures»et«instrumentation»dessystèmes
ü Il est difficilement compréhensible que des candidats de la filière TSI ne sachent pas utilisercorrectement des appareils de mesures. Cette inexpérience les pénalise fortement. Certainsd’entre eux semblent découvrir l’existence de pinces ampèremétriques, de sondesdifférentielles. Dans ces conditions, leur utilisation en est rendue d’autant plus délicate. Lesgainsdessondesdemesuresonttrèssouventoubliéspourjustifierdesgrandeursmesurées,ce
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quiamèneàénoncerdesvaleursnumériquesaberrantessansquecelanesembleperturberlescandidats;
ü ilestrappeléauxcandidatsquetouslesoscilloscopesrécentsdisposentdefonctionspermettantdeprendreencomptelescalibresdessondesutilisées(tensionoucourant).Cettefonctionnalitérend nettement plus aisée la lecture des résultats et la discussion avec les examinateurs.Quelquescandidatssemblentdécouvrircettepossibilitélejourdel’évaluation;
ü l’identificationdescapteursimplantéssurlessystèmesdidactisésposeproblème,lalecturedesplaquessignalétiquesestunbonréflexequidoitpermettreuneidentificationsimpleetfiabledecapteursencasdedécouverted’unnouveausystème;
ü laculturetechnologiquesur lescapteurssedoitd’êtrerenforcée: lamajoritédesétudiantssecontentededécrire lagrandeurphysiquemesuréeetneconnaitpas lesprincipesphysiquesàl’œuvreauseinducapteur.Trèssouvent, les réponses restentparticulièrementévasivesalorsque la mise en œuvre du captage de l’information est réalisée par exemple par un simplepotentiomètre;
ü ilestpertinentderéfléchiràlafréquencedusignalàvisualiseravantderéglerlabasedetempsdel’oscilloscope,sinonons’exposeàuneexplicationàpartird’unevisualisationerronée;
ü il est important d’interpréter les mesures obtenues et ne pas se contenter d’un relevé nonexploitéparlasuite.
Surlesaspects«électroniquenumérique,algorithmiqueetinformatique»
Cet aspect du programme permet de valider aussi bien différents points du programme de sciencesindustriellesqueduprogrammed’informatique.
ü Codagedesdonnées:o laconversionhexadécimal-décimaln’estpastoujourscorrectementeffectuée;o lecodagedesdonnéesnumériques(binaire,entier,réels)etlaconversiondetypen’est
pascomprise;o le traitement des chaines de caractères, du codage (ASCII) n’est pas suffisamment
maîtrisé.ü deslacunesimportantesontégalementétéperçuessurl’ensembledessystèmeséchantillonnés
(notion de repliement d’un spectre). Le fonctionnement et l’utilisation des filtres numériquesrestentméconnus.
Surl’aspect«informatique»
Les différents problèmes posés sont toujours en lien avec la problématique générale du sujet, lesquestions ne sont jamais hors contexte. Elles permettent de valider une grande partie des points duprogrammed’informatique:
ü représentationdesdonnées;ü lesstructuressimples;ü l’ingénierienumérique;ü lesbasesdedonnées.
Lepoids«temporel»decettepartieest limitéà45minparlesexaminateurs.Onnoteraquecertainscandidatsontpréférénepasabordercettepartieinformatique.Ànouveau,lesexaminateursconstatentquecettepartieestsouventtrèsdiscriminante:
ü lesstructuresalgorithmiquesdebase(for,while, if,…),sontcorrectementanalysésenlecture,parcontrel’écrituredecesstructuresn’estpasmaîtriséepartous;
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ü danslesbouclesilyasouventconfusionentrel’indicedeboucleetl’élémentindicé;ü sil’écrituredefonctionsemblecomprisepourlaplupartdescandidats,lesnotionsdepassage
deparamètres,d’appelsdefonction,deretourdevaleur,nesontpasbienmaîtrisées.Certainsélèvesontsuécrirelesfonctionsdemandéesmaisn’ontpassulesutiliser;
ü la lecture et le traitement de fichiers .csv,même si elle était très guidée a souvent posé desproblèmes(élémentséparateurdecolonne,pointdécimal,lignesd’entête,…);
ü les candidats n’ont en général pas eu de problèmes avec les différents environnementsproposés(pyzo,winpython,edupython,…);
ü aucuncandidatn’ademandéàtravaillersousl’environnementScilab.
Surlesaspects«réseau»
ü des progrès ont été constatés sur les connaissances des réseaux et protocoles. Cependant,encore trop de candidats confondent protocole et support physique; il semble nécessaired’insistersur lesnotionsdeserveuretdeclientDHCP.Lesnotionsd’adressesIPetdemasquedesousréseaurestentencoretropévasives;
ü la lectureet l’écrituredetrameautraversd’unprotocoleMODBUSouautresnesontsouventpasmaîtrisées.Ilestànoterquecettepartiepeutêtreunsupportpourlapartieinformatique;
ü les éléments de bases sur les communications séries sont encore méconnus par quelquescandidats.
Surlesaspects«électroniquedepuissanceetélectrotechnique»
ü lesprincipesfondamentauxdesmachinestournantessontencoremalconnus;lesétudiantsontnotamment du mal à faire la différence entre une machine synchrone et une machineasynchrone. Les connaissances élémentaires sur les machines asynchrones ne semblent pasacquisespourl’ensembledescandidats;
ü de réels progrès ont été constatés dans l’explication du fonctionnement des hacheurs etnotammentsurl’aspectconductiondessemi-conducteursdepuissance;
ü l’associationtypedeConvertisseurStatiqued’énergie–typedemachinesembleacquiseparlaplupartdescandidats, toutefois la fonctionDistribuerest souventassociéeàunconvertisseurstatique,cequin’estpastoujourslecas;
ü les candidats ne savent pas utiliser les courbes caractéristiques d’unmoteur asynchrone, lesnotionsdeglissementetderendementsontsouventinconnues;
ü lesactionneursélectriquesneselimitentpasauxmoteursàcourantcontinu;ü les candidats semblent ignorer que depuis 1986, le réseau électrique dans toute l’Europe est
aligné230V/400Vetnonplus220V/380V(CEI60038).
Surlesaspects«automatique»
ü l’identification d’une fonction de transfert à partir d’une réponse temporelle ou fréquentiellerestetrèsdifficile:onconstatedesproblèmesd'estimationdutempsderéponseà5%(sous-entendudelavaleurfinale),beaucoupdecandidatsdisentqu'iln'estpaspossibled’estimercetempsquandlasortien'atteintpaslaconsigne;
ü les candidats répondent trop rapidement «filtre» du premier ou du second ordre avec unevisionphysicienneouélectroniquealorsquelesystèmeestpurementélectro-mécaniqueetquesafonctionn’estpasde«filtrer»;
ü lesexaminateursattendentquelescandidatsconnaissentlaformecanoniquedesfonctionsdetransfert;
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ü ilestànoterque,dansunedémarched’identification,ilestimpératifdeconfronterlemodèleausystèmeréel.Parexemple,certainscandidatsdonnentdesconstantesdetempsdeplusieursdizainesdesecondesalorsquelesystèmeenleurpossessionpossèdeunedynamiqueélevée.Ilest d’ailleurs demandé aux candidats de réaliser une interprétation physique des résultatsthéoriquesobtenusàpartird’unmodèle;
ü lesmesuresetlessignificationsdesmargesdegainetdesmargesdephasenesonttoujourspasacquiseschezungrandnombredecandidats;
ü onnotedesconfusionsimportantesentreréponsefréquentielleetréponsetemporelle.
Surlesaspects«géniemécanique»
ü les candidats ne sont pas enmesure d’identifier le procédé d’obtention d’une pièce extraited’unsystèmeobjetd’étude.Ilsprésententdesconnaissancesparcellairessurlacaractérisationdecesprocédés;
ü lesétudiantsnesaventpas interpréterdespécificationsgéométriquesetontdumalà faire lelien entre spécifications géométriques et surfaces fonctionnelles. Beaucoup de candidatssemblent découvrir les symboles décrivant une spécification géométrique. Cela montre uneimpassesurcettepartieduprogramme.
Surlesaspects«mécanique»
ü Lescandidatsnégligenttropsouventdepréciserleslimitesdusystèmeisolé;ü les théorèmes mécaniques de base (Principe Fondamental de la Dynamique, Théorème de
l’énergiecinétique)sontappliquésdefaçontrèsapproximative,mêmedans lescassimplesetsanspréciserleshypothèsesdemodélisationretenues;
ü le sens physique du degré d’hyperstaticité est bien souvent inconnu mais les candidats neconnaissentnilaformule,niladémarchepourledéterminer;
ü l’obtention d’un degré d’hyperstaticité négatif doit amener le candidat à reconsidérer sonapproche;
ü lesschémascinématiquesdoiventêtreréalisésàpartirdesliaisonsnormalisées,leshypothèsesdesimplificationdesliaisonsnesontquerarementexposées;
ü la détermination du rapport de réduction d’un train épicycloïdal par la formule deWillis estrarementabordée;
ü latransmissionroueetvissansfinn’estpasconnue;ü dans l’ensemble, les candidats peinent à identifier les composants standards permettant de
réaliser les fonctions telles que le guidage en rotation, en translation, la transmission ou latransformation de mouvement. Ils confondent les éléments réalisant la transmission dumouvementetceuxréalisantleguidagequelqu'ilsoit(rotationoutranslation).
Surlesaspects«culturetechnologique»
Cetaspectestceluiquipréoccupelepluslesexaminateurs.
ü Laculturetechnologiquedescandidatsestdeplusenplusdéfaillante;ü untropgrandnombredecandidatn’estpluscapabledeciterlesmatériauxdebase,«ilesten
métal»ou«ilestenalliage»sembleêtrelaréponsecommune.Lesexaminateursattendentaumoinsque lescandidatssachentdifférencierunacierd’unalliaged’aluminium,d’unalliagedecuivre;
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ü lescandidatsnesontpluscapablesd’identifiersurunepiècesimplelesprocédésdefabrication.Reconnaîtreunepiècedefonderie,unusinagesemblepourtantunecapacitéattenduepourlesélèvesdeTSI;
ü lescapteursdepositionssontlesseulsquisontàpeuprèsconnusdesélèves;ü demanièregénérale,ladescriptiondesconstituantsdelachaîned’informationetdelachaîne
d’énergien’estjamaiscorrectementtraitéedèsquel’ons’écartedelastructurehacheur-MCC-génératricetachymétrique;
7/CONCLUSION Dansl’ensemble,leniveaudesétudiantsesttrèshétérogène.Lesexaminateurssontsatisfaitsdusérieuxaveclequellescandidatsappréhendentcetteépreuvede4heures,nécessitantrigueuretconcentration.Saréussitedemandeuntravailsoutenudurantlesdeuxannéesdeformation,lescandidatsnepourrontdonc se contenter dequelques travauxpratiquesd’entraînement. La prise en comptedes remarquesformuléesci-dessuspermettentdeseprépareraumieuxetainsid’augmenterleschancesderéussite.
