"panorama de la mécatronique"

différentes définitions de la mécatronique environnement existant challenges liés au développement de produit mécatroniques pistes de solutions normes "mécatronique" en France et en Allemagne domaine d'innovation : "adaptronique" (systèmes mécaniques actifs et adaptatifs) paysage de formation à différents niveaux et au niveau français et allemand

Définition :La mécatronique est une « démarche visant l’intégration en synergie de la mécanique, l’électronique, d’automatique et l’informatique dans la conception et la fabrication d’un produit en vue d’augmenter et/ou d’optimiser sa fonctionnalité » (Norme AFNOR NF E 01-010 (2008))

Trois domaines se réclament de l'appellation mécatronique :- Systèmes mécaniques « intelligents »,- Systèmes de production hautement automatisés,- Micro systèmes électro mécaniques (MEMS)

Axes de développement des produits mécaniques :

1"Développement Durable" (ressources limitées + pollution) :

- Energie - Matériaux - Procédés

2Développement de l'électronique et de de l'informatique :- comme aide au développement et à la production

Systèmes d'information + simulation (conception / essais)- dans les produits mécaniques:

Mécatronique - (automatisation, Mesure, contrôle)

Technologies prioritaires de la mécatronique (CETIM)

Traçabilité Capteurs autonomes et communicants Conception/simulation mécatronique Commande et contrôle avancés Composants et machines communicants Adaptronique Surveillance en continu Techniques avancées de CND Télésurveillance et pilotage à distance

Motorisation

Moteur thermiquePédale, moteur pompe hydrauliqueMoteur electrique

systèmes mécanique

chaîne de transmission de puissancefreinsTambour de lave linge

Système MECATRONIQUE

consigne

Action finale

Traitement de l’information« calculateur »

capteur

Notion de BOUCLE FERMEEExemple : régulateur de vitesse d’une automobile

Systèmes « embarqués », production en série

Fabrication en grande série -> nécessité d’optimiser chaque composante :mécanique, électronique, informatique

Exemples : roulement instrumenté , freinage ABS, lève vitre, ESP… (automobile)Pilotage automatique (aéronautique…)Electro ménager « intelligent »Jouets (joysticks à retour d’effort…)….

Machines spéciales, robotique

Petites sériesMachines spéciales pour les biens d’équipements (production manufacturière, génie civil, Exploration sous marine Pétrole, nucléaire, spatial…)

Achat de composant standards (= intégration)Éléments mécaniques, Moteurs, capteurs, cameras, automates industriels, robots manufacturiersValeur ajoutée sur la maîtrise du procédé ou sur un nombre restreint de composants spécifiques

Difficultés en Méca / tronique

Différences culturelles profondes entre 'purs mécaniciens' et 'pur (electri / electroni/ electrotechni) ciens lié aux bases physique des différentes : branches de la physique :

Mécanique newtonienne (Cinématique, Lois du mouvement de Newton, Mécanique analytique, Mécanique des fluides, Mécanique du point, Mécanique du solide, Transformations de Galilée, Mécanique des milieux continus)

Électromagnétisme (Électrostatique, Électricité, Magnétisme, Équations de Maxwell)Mécanique quantique (Physique atomique, Physique moléculaire, Optique, Photonique)

Physique statistique et ThermodynamiqueRelativité

Tout le monde sait faire un peu de mécanique et d'informatique

Thésame

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Normalisation en mécatronique :

Norme Afnor Mécatronique – vocabulaire (2008)

VDI 2206 GuidelinesDesign methodology for mechatronics systemsPublication en 2004Verein Deutscher Ingenieure(Association des Ingénieurs Allemands)

→ axée automobile / présente démarche et outils

Recherche académique : Deux Groupes de Recherche (GDR) du CNRS

Conclusion :

Mécatronique = 'fourre tout', utile pour la communication de thématiques de « niches »

Mais lieu de la transversalité, de l'échange, du benchmarking...(donc à encourager)

Besoin de modélisation multi physique / multi échelles (dimension, temps) / multi...

Modélisation système

Matlab Simulink Le plus utilisé

AmesimSimulation X (ITI)●Scilab / Xcos /Coselica (GRATUIT!)●

Modélisation multiphysiqueOutils théoriques Bond graphs, représentation energétique macroscopique (REM)...Et logiciels associés :Dymola / modelicaLangage de modélisation des systèmes complexes Mise en oeuvre de SysML et de Modelica

→ outils de prédimensionnementPas de Conception commune

CAO mécanique (+ CAO électrique = implantation des câbles)CAO electronique : conception et simulation de cartes électroniques

Exemple de modélisation d'une motorisation avec Scilab / Xcos

L’adaptronique :

systèmes capables de s’adapter en "temps réel" aux conditions de fonctionnement : construction de systèmes mécaniques actifs et adaptatifs.

L’adaptronique est un moyen pour contrôler activement les vibrations, le bruit, les déformations, améliorer la précision de positionnement...

utilisation de matériaux de structure comme actionneurs / capteurs

actionneurs utilisant des phénomènes physiques présents dans les matériaux particuliers tels les alliages à mémoire de formes, polymères electrorhéologiques / magnétorhéologiques, piezzo electriques...

Besoin de mécatronique dans la formation :

Problématique de non communication entre mécaniciens et électriciens

Evolution des formations technologiques (bac STI → STI 2D)SI : Sciences de l'ingénieur (augmentation du contenu « système » : mécatronique / automatique) Formations d'ingénieurs

Formation en 3ans / option de dernière année

Comparaison avec le système allemand« Mechatroniker »Ingénieur Hochschule / TU (Universités)

Compétences opérationnelles à l'INSA de Strasbourg

Concrètement, l’ingénieur mécatronicien de l’INSA de Strasbourg doit savoir :

•effectuer la conception mécanique d’un système (méthodologie de développement de produit, conception assistée par ordinateur, dimensionnement des éléments), •choisir et implanter les capteurs et actionneurs, •faire une analyse du système en vue du choix de structures de contrôle automatique,•réaliser des programmations simples dans un microcontrôleur, •concevoir et réaliser des cartes électroniques simples comprenant des capteurs et/ou microcontrôleur et/ou électronique de puissance commandant des actionneurs,•mettre en place un banc d’essai,•mettre en œuvre une production sur machine outil à commande numérique, en utilisant la Fabrication assistée par ordinateur.

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Bilan :Pourquoi la mécatronique ?

Axe majeur d'évolution des systèmes « mécaniques »

Problèmes de communication et de cultures différentes entre « mécanique » et « électrique »

Pas de « technologie mécatronique » ou « industrie mécatronique » mais plutôt une démarche à développer :- Grande ouverture / veille sur autres technologies- méthodologie (modélisation systèmes, normes..)- retour d'information vers la communauté

Attention aux « gadgets » électroniques