présentation générale - université paris saclay · pédagogique repose sur des apports formels...

Mention de Master Ingénierie des Systèmes Complexes (ISC)

de l’UPSay (Université Paris Saclay)

Parcours (M2) IN2P : Ingénierie Numérique Produit Process

Etablissements opérateurs : ENS Cachan, CS

Responsable : Christophe Tournier, ENS Cachan, PR, [email protected]

Contact secrétariat : Claudine Chabaud, [email protected]

Traduction de l'intitulé du parcours en anglais : Advanced and Smart Manufacturing

Présentation générale

Le parcours forme des étudiants par la recherche et à la recherche dans le domaine de l’ingénierie de

conception ainsi qu’en fabrication avancée (Advanced & Smart Manufacturing).

Généralités Contexte

Dans un contexte économique très concurrentiel, il est nécessaire de concevoir et de produire des

produits innovants, de haute technologie et à forte valeur ajoutée dans les industries de pointe. La

formation proposée a donc pour objectif de former les étudiants à la recherche dans le cadre de la

conception intégrée des produits et des processus de fabrication. La formation est centrée sur

l’apprentissage d’outils et de méthodes pour la modélisation, la simulation numérique et

l’expérimentation.

La formation est basée sur des problématiques scientifiques et technologiques et l’approche

pédagogique repose sur des apports formels (cours, conférences, travaux dirigés) mais aussi très

largement sur des travaux pratiques expérimentaux et des projets.

La spécialité ayant un fort ancrage industriel, la formation est développée en partenariat avec les

grandes entreprises du secteur des transports (Airbus, Snecma, Renault, etc.) et des logiciels

(Dassault Systèmes, Missler Software, Spring Technologies, etc.) pour proposer des interventions de

spécialistes et des stages de recherche.

Objectifs pédagogiques et scientifiques, en précisant les points forts de cette formation, les atouts

professionnels,... pour l'étudiant

La formation proposée dans le parcours IN2P aborde diverses problématiques scientifiques et

technologiques et vise à développer des compétences dans :

La modélisation des processus de Conception et de Fabrication Assistée par Ordinateur

(CFAO),

La modélisation géométrique des assemblages rigides ou flexibles et la spécification de leurs

variations géométriques admissibles,

L’optimisation de processus d’Usinage Grande Vitesse de formes complexes,

La modélisation des structures mécaniques articulées et leur commande,

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

L’acquisition et l’identification des formes par numérisation sans contact de pièces rigides ou

des grandes structures déformables,

L’ingénierie des systèmes complexes multi-physiques.

De plus, la formation a pour objectifs de faire acquérir un ensemble de compétences autour des outils

et méthodes pour la recherche et le développement :

Techniques de recherche bibliographique d’articles ou de brevets

Techniques de programmation logicielle pour faire la preuve de concept

Techniques d’optimisation discrètes et continues

Anglais scientifique.

Débouchés professionnels

En termes de débouchés professionnels, cette formation vise à la fois les carrières industrielles

(Ingénieur R&D des grands comptes ou PME) et académiques (Chercheur et Enseignant-Chercheur).

Elle permettra aux étudiants de trouver un emploi en R&D après le master ou de conduire des

recherches dans le cadre de thèses de doctorat à orientation industrielle (thèses CIFRE), et dans le

cadre de doctorats dans les laboratoires traitant de sujets plus académiques. Les secteurs d’activités

principalement concernés sont les industries des transports (aéronautique, automobile, etc.), de

l’énergie et l’industrie des logiciels XAO.

Mots clés :

Usine du futur, Advanced Manufacturing, Conception et Fabrication Assistée par Ordinateur (CFAO),

Assemblage de structures déformables, Tolérancement ISO, Numérisation sans contact, Traitement

des nuages de points, Usinage Grande Vitesse, Génération de trajectoires, Robotique industrielle,

Smart Manufacturing.

A qui s'adresse la formation ?

Population d'étudiants visée

Cette formation s’adresse aux étudiants ayant un niveau M1 ou finissant une 2ème année de l’école

d’ingénieurs qui souhaitent approfondir leurs connaissances et développer une expertise forte dans le

domaine de l’ingénierie de conception et de fabrication. La formation est adaptée aux étudiants qui

souhaitent approfondir la discipline et qui se destinent à une carrière académique, mais aussi aux

étudiants qui souhaitent se diriger vers une carrière industrielle dans les départements de R&D de

grands groupes ou de PME.

Prérequis demandés, formation antérieure, compétences,...

Les étudiants doivent avoir une formation de type scientifique ou en ingénierie du niveau M1 ou avoir

fini la 2ème année d’une école d’ingénieurs. Des compétences en programmation et un gout pour les

manipulations expérimentales sont souhaitées. Toutes les candidatures seront examinées en fonction

du dossier, mais aussi des motivations des étudiants pour la formation.

Laboratoires associés à la formation

Laboratoire Universitaire de Recherche en Production Automatisée (LURPA) de l’ENS Cachan

Laboratoire Génie Industriel (LGI) de CentraleSupélec (CS)

LISMMA de SUPMECA

Tableau synthétique de la formation

Intitulé des UE Responsable Etab. Heures ECTS

Tronc commun

Méthodologie de la Recherche J.-J. Lesage ENSC 20 2

Anglais Scientifique C. Colin ENSC 20 2

Techniques et outils pour la preuve de

concepts J.-M. Roussel ENSC 30 4

Introduction à l’optimisation G. Faraut ENSC 20 2

Ingénierie système basée sur les

modèles J.-Y. Choley SUPMECA 30 3

Stage 30

Parcours

Modélisation géométrique des

assemblages et systèmes F.Thiebaut ENS Cachan

PSUD

30 3

CAO, reconstruction 3D et réalité

virtuelle

C.Lartigue ENS Cachan

PSUD

30 3

Computer Aided Manufacturing C.Tournier ENS Cachan 30 3

Acquisition de géométrie par moyens

optiques, vision

C.Mehdi-

Souzany

ENS Cachan

PSUD

30 3

Modélisation et commande des

systèmes robotiques S.Lavernhe ENS Cachan

PSUD

20 2

Electif (1 au choix parmi 4)

Advanced Manufacturing Y.Quinsat ENS Cachan 30 3

Product Life-cycle Management P.Morenton CS 30 3

Ingénierie de la conception

B.Yannou

CS 30 3

Assemblages de structures :

traitement du contact frottant P-A.Boucard ENS Cachan 30 3

60

UE communes aux parcours CCSC et IN2P du M2 ISC

UE propres au parcours IN2P

Annexe 1 : Descriptif synthétique des UEs

Description synthétique UE

Méthodologie de la recherche

Contenu Ce cours a pour objectif de former aux « bonnes pratiques » de la recherche. Sont plus particulièrement développés : les démarches, moyens et outils de recherche et d’analyse bibliographique ; les techniques de rédaction d’un article scientifique et de présentation d’une communication en conférence ; les règles et techniques de critique d’un article scientifique.

Mots clés Recherche bibliographique, publication scientifique

Responsable Jean-Jacques Lesage, PR, ENS Cachan, [email protected]

ECTS : 2 Heures : 20 Langue : Français Lieu : ENS Cachan


Anglais scientifique

Contenu Cette UE a pour but de familiariser les étudiants avec l'anglais tel qu'il est utilisé dans le domaine de la recherche, tant à l'écrit qu'à l'oral. On insistera donc sur les spécificités de l'anglais scientifique, à travers des exemples tirés des domaines scientifiques du master. Le travail se fera à partir d’extraits de conférences et sur des articles de recherche.

Mots clés Anglais scientifique, écriture et présentation d’une conférence

Responsable Catherine Colin, PRAG, ENS Cachan, [email protected]

ECTS : 2 Heures : 20 Langue : Anglais Lieu : ENS Cachan


Techniques et outils pour la preuve de concepts

Contenu Aujourd’hui, tout scientifique est amené à développer des maquettes logicielles lui permettant de valider les résultats de ses recherches au travers d'expérimentations numériques, d'exploiter des résultats numériques fournis par des logiciels spécifiques, d'interfacer différents logiciels dédiés ... L'objectif de ce module est d’initier les étudiants à quelques bonnes pratiques du génie logiciel afin de les rendre opérationnels pour leurs développements futurs.

Mots clés Programmation orientée objet, structuration des données, interfaçage logiciel

Responsable Jean-Marc Roussel, MCF HDR, ENS Cachan, [email protected]



Introduction à l’optimisation

Contenu Ce cours propose une introduction aux différentes techniques et algorithmes d’optimisation continue et discrète, linéaire et non-linéaire, mono et multicritères. A la fin de ce cours les étudiants sont capables de reconnaître un problème d’optimisation, de le mettre sous une forme standard ou matricielle, et d’utiliser un algorithme pertinent pour sa résolution (gradient, quasi-newton, simplex, point intérieur, …).

Mots clés Optimisation linéaire, optimisation non-linéaire, Programmation Linéaire (PL), PL en Nombres Entiers, optimisation multicritères.

Responsable Gregory FARAUT, MCF, ENS Cachan, [email protected]



Ingénierie système basée sur les modèles

Contenu Ce cours propose une méthode intégrée de modélisation des systèmes complexes. Il est plus spécifiquement basé sur le langage SysML et présente une approche d’ingénierie système cohérente allant de l’émergence des exigences jusqu’aux modélisations fonctionnelle, logique et physique. Les exemples traités ont comme fonction objectif l’amélioration de la sûreté de fonctionnement des systèmes mécatroniques.

Mots clés Ingénierie système, méta-modélisation, SysML, modélisation fonctionnelle, modélisation logique, modélisation physique.

Responsable Jean-Yves CHOLEY, MCF, SUPMECA, [email protected]

ECTS : 3 Heures : 30 Langue : Français Lieu : SUPMECA


Modélisation géométrique des assemblages et systèmes

Contenu Le comportement des systèmes mécaniques est de plus en plus étudié par l’utilisation de simulations numériques. Le support de ces simulations est le modèle géométrique du système, considéré idéal. L’objectif de l’UE est de sensibiliser à l’influence des défauts géométriques sur le comportement des assemblages et des systèmes. Des approches par identification, simulation et prédiction seront utilisées. Items principaux de l’enseignement :

Normes et Langages pour la Spécification Géométrique des Produits Géométrie nominale et géométrie de substitution de composants

obtenue par prédiction, simulation, identification Détermination du comportement des assemblages et mécanismes

composés de pièces avec défauts Limitation des écarts géométriques pour atteindre des performances

fonctionnelles : tolérancement géométrique Performance des moyens de production et prédiction de la

géométrie obtenue

Mots clés Ecarts géométriques, comportement géométrique, défauts de forme, souplesse, tolérancement.

Responsable François Thiebaut, MCF, UPSud, [email protected]



CAO, Reconstruction de formes et Réalité virtuelle

Contenu La maquette numérique est en général définie en CAO, et résulte soit d’une conception, soit d’une rétro-conception géométrique. Dans ce contexte, le module proposé s’articule autour de 3 points :

outils et méthodes de modélisation et de représentation des formes 3D pour la CAO

outils et méthodes de rétro-conception géométrique concept de maquette numérique pour les applications de revue de

projet, visualisation et interaction en réalité virtuelle

A la fin de l’UE, l’étudiant doit être capable de :

Comprendre le concept de maquette numérique (maîtrise)

Modéliser en CAO les produits par des surfaces, des maillages ou des solides (maîtrise)

Appliquer les techniques de reconstruction de surfaces (continues ou discrètes) en rétro-conception (maîtrise)

Faire le lien entre la maquette numérique et la réalité virtuelle (notion)

Mots clés CAO, Maquette numérique, Courbes et Surfaces, Rétro-conception

Responsable Claire Lartigue, Professeur, UPSud, [email protected]



Computer Aided Manufacturing

Contenu This course aims at addressing the technics and algorithms of tool path computation used in Computer Aided Manufacturing Software. The study of tool path computation is carried out in the context of 5-axis high speed machining of free-form surfaces (molds, medical implants or parts of aero structures) or additive manufacturing, executed on 5-axis CNC machine tool. Two objectives are followed: choosing and setting up the best strategies using CAM software algorithms (TopSolid’CAM and CATIA V5) and proposing specific algorithms to deal with specific or innovative cases. Skills acquisition:

Computation of tool postures along a free-form surface

Modeling of geometrical deviation of free-form surfaces dues to sweeping strategy

Knowledge of collision avoidance techniques

Modeling of the Inverse Kinematical Transformation on 5 or 6-axis machine tools

Computational geometry for manufacture (intersections, collisions, polynomial interpolation, etc.)

Mots clés Tool path computation ; computational geometry ; 5-axis milling ; Free-form surfaces ; Collision avoidance ;

Responsable Christophe Tournier, Professeur, ENS Cachan, christophe.tournier@ens-

cachan.fr ECTS : 3 Heures : 30 Langue : Anglais Lieu : ENS Cachan


Acquisition de géométrie par moyen optique, vision

Contenu Les processus d’acquisition de géométrie s’appuient de plus en plus sur des systèmes de numérisation par moyens optiques qui délivrent une représentation de la géométrie des pièces sous forme de données discrètes (nuages de points, maillages, images, …) en des temps relativement courts. Dans ce contexte, l’objectif de ce cours est de présenter les principes, outils et méthodes associés à l’acquisition de la géométrie des formes des pièces par moyens optiques :

Principes, Moyens et méthodes d’acquisition de géométrie des surfaces

Stratégie de numérisation et qualité Pré-Traitement des données discrètes

Mots clés Numérisation sans contact, étalonnage, qualification, sélection, trajectoire, métrologie, recalage, fusion, multi-échelle, multi-capteur.

Responsable Charyar Mehdi-Souzany, MCF, Paris 13, [email protected]



Modélisation et commande des systèmes robotiques

Contenu L’objectif de l’UE est de donner aux étudiants les compétences nécessaires pour appréhender le pilotage et la maîtrise des performances d’un système robotisé (robotique ou centre d’usinage multi-axes). Ces compétences opérationnelles sont atteintes au travers de l’étude scientifique du comportement géométrique et dynamique des systèmes poly-articulés. Les trois axes de formation sont donc la géométrie, la dynamique et la commande :

Description géométrique des systèmes poly-articulés et paramétrage pour des architectures sérielles (transformations homogènes, paramètres de Dénavit et Hartenberg, paramètres de rotation 3D, modèles géométriques direct et inverse)

Modélisation dynamique de systèmes multi-corps : Théorèmes généraux, principe des puissances virtuelles, formalisme de Lagrange, formalisme de Newton-Euler et méthode de la double récurrence

Techniques de commande - réglage Architectures industrielles et avancées, comparaison des solutions PID - prédictive sous forme RST, intégration de la dynamique dans la commande, commande par découplage non linéaire dans l’espace articulaire et dans l’espace opérationnel.

Mots clés Modèle géométrique, modèle dynamique, commande, robot

Responsable Sylvain Lavernhe, MCF, ENS Cachan, [email protected]



Advanced Manufacturing

Contenu L’UE proposée s’appuiera sur un enseignement théorique fortement illustré par une analyse de phénomène physique mise en évidence lors d’activités pratiques. L’objectif est que les élèves puissent mener l’analyse d’un problème de coupe et de mettre en place les outils analytiques de modélisation des phénomènes macroscopiques liés à l’usinage par enlèvement de matière . Ainsi le cours s’oriente sur les points suivants :

Etude de la Formation du copeau ; Géométrie outil ; Loi d’usure Efforts de coupe (Merchant), mise en évidence du COM, Méthode

par discrétisation d’arête Vibration en usinage : lobes de stabilité Vibration en usinage : structure machine Simulation de l’état de surface en usinage

Mots clés coupe des métaux, efforts de coupe, lobes de stabilité, intégrité de surface

Responsable Yann Quinsat, MCF, ENS Cachan, [email protected]

ECTS : 3 Heures : 30 Langue : Français/Anglais

Lieu : ENS Cachan


Assemblages de structures : traitement du contact frottant

Contenu La prise en compte des phénomènes de contact et de frottement est vitale dans la simulation du comportement des assemblages de structures. Ces phénomènes sont très fortement non linéaires et leur modélisation pose de sérieuses difficultés tant sur le plan de la formulation que sur celui de la résolution numérique. Ce module présente, dans un premier temps, la problématique générale des assemblages de structures et les méthodes pratiques de modélisation des conditions de liaison linéaires. Les formulations classiques et les méthodes numériques employées dans les codes de calcul industriels pour la prise en compte des conditions de contact et de frottement sont ensuite abordées. Le cours est illustré par des applications industrielles et une initiation à la résolution sur code de calcul par élément finis est proposée.

Mots clés assemblages, liaisons, frottement, contact

Responsable Pierre-Alain Boucard, Professeur, ENS Cachan, [email protected]


Annexe 2 : Descriptif détaillé des UEs

Intitulé de l’UE Méthodologie de la recherche

Mots clés Recherche bibliographique, production scientifique

Contenu de l’UE : Cette UE a comme objectif d’informer les étudiants sur le monde de la recherche et sa structuration, et de les former aux « bonnes pratiques » de la recherche bibliographique et de l’écriture scientifique. Sont successivement abordés :

Le monde de la recherche académique et industrielle,

Les démarches, moyens et outils de recherche et d’analyse bibliographique,

La rédaction d’un article scientifique,

La critique d’un article scientifique,

La présentation d’une communication en conférence.

Lieu de la formation ENS Cachan

ECTS 2

Objectifs scientifiques et pédagogiques :

Former aux techniques de recherche, d’analyse et de synthèse bibliographique.

Compétences complémentaires acquises par l’étudiant durant cette UE :

Acquisition des « bonnes pratiques » de la recherche bibliogra-phique et de l’écriture scientifique.

Coordinateur de l’UE LESAGE Jean-Jacques, Professeur, section 61, ENS Cachan

Description de l’équipe enseignante

LESAGE Jean-Jacques, Professeur, section 61, ENS Cachan

Pour chaque intervenant LESAGE Jean-Jacques : 12h CM, 8h TP

Période d’enseignement S3

Langue Français

Nbre heures CM 12

Nbre heures TP 8

Prérequis : Aucun

Modalités des contrôles des connaissances

Réalisation, rédaction et soutenance d’une synthèse bibliographique

Intitulé de l’UE Anglais scientifique

Mots clés Ecriture scientifique, présentation de conférences

Contenu de l’UE : Cette UE a pour but de familiariser les étudiants avec l'anglais tel qu'il est utilisé dans le domaine de la recherche, tant à l'écrit qu'à l'oral. On insistera donc sur les spécificités de l'anglais scientifique, à travers des exemples tirés des domaines scientifiques du parcours. Le travail se fera à partir d’extraits de conférences et d’articles de recherche.


ECTS 2



Rédiger en anglais le résumé d’une communication,

Prendre la parole dans le contexte d’une conférence.

Coordinateur de l’UE COLIN Catherine, PRAG, ENS Cachan


COLIN Catherine, PRAG, ENS Cachan

Pour chaque intervenant COLIN Catherine : 10h CM, 10h TD


Langue Anglais

Nbre heures CM 10

Nbre heures TD 10

Bibliographie conseillée : Wallwork, A. (2013) English for Writing Research Papers, Springer.


Contrôle continu (présentation orale, rédaction d’abstracts)

Intitulé de l’UE Techniques et outils pour la preuve de concepts

Mots clés Programmation orientée objet, interfaçage de logiciels dédiés

Contenu de l’UE : En sciences appliquées, les outils informatiques sont omniprésents. Ils sont de plus en plus ouverts et peuvent être interfacés, à la condition de disposer d'un minimum de culture informatique. Aujourd’hui, tout scientifique est amené à développer des maquettes logicielles lui permettant de valider les résultats de ses recherches au travers d'expérimentations numériques, d'exploiter des résultats numériques fournis par des logiciels spécifiques, d'interfacer différents logiciels dédiés, … L'objectif de cette UE est d’initier les étudiants à quelques pratiques ciblées du génie logiciel, afin de les rendre opérationnels pour leurs développements futurs. Cette initiation se fera aux travers de la conduite d’un projet, consistant à développer un module logiciel en lien avec le contenu scientifique d’une des UE du parcours.


ECTS 4



Structurer les données d’un logiciel,

Choisir l’architecture d’un module logiciel,

Evaluer l’efficacité des algorithmes mis en œuvre,

S’interfacer avec des logiciels tiers,

Spécifier et concevoir un module logiciel en utilisant la programmation orientée objet.

Coordinateur de l’UE ROUSSEL Jean-Marc, Maître de Conf. HDR, section 61, ENS Cachan


ROUSSEL Jean-Marc, Maître de Conf. HDR, section 61, ENS Cachan LAVERNHE Sylvain, Maître de Conf., section 60, ENS Cachan

Pour chaque intervenant ROUSSEL Jean-Marc : 8h CM, 3h TD, 6h TP LAVERNHE Sylvain : 4h CM, 3h TD, 6h TP


Langue Français

Nbre heure CM 12

Nbre heure TD 6

Nbre heure TP 12

Bibliographie conseillée : • Apprenez à programmer en Python, Vincent Le Goff, Openclassrooms, 382 pages

• UML 2 par la pratique: Etudes de cas et exercices corrigés, Pascal Rocques, Eyrolles, 396 pages

Prérequis : Bases de la programmation Objet


Réalisation et présentation d’un mini projet

Intitulé de l’UE Introduction à l’optimisation

Mots clés Optimisation linéaire, optimisation non-linéaire, programmation linéaire, optimisation multicritères.

Contenu de l’UE : Ce cours propose une introduction aux différentes techniques d’optimisation :

Linéaire et non-linéaire pour des fonctions continues convexes (gradient, quasi-newton).

Programmation linéaire avec les algorithmes du simplex et du point intérieur.

Programmation Linéaire en Nombre Entier (PLNE).

Optimisation multicritères. La partie TD aura pour objectif de mettre en œuvre les principaux algorithmes d’optimisation : gradient, newton, simplex, point intérieur, etc. L’outil Matlab sera utilisé à cette fin.


ECTS 2


A la fin de l’UE, l’étudiant doit être capable :

De reconnaître un problème d’optimisation,

De choisir la technique la plus appropriée et de le mettre sous une forme pertinente à sa résolution.

Coordinateur de l’UE FARAUT Gregory, MCF, section 61, ENS Cachan


FARAUT Gregory, MCF, section 61, ENS Cachan

Pour chaque intervenant FARAUT Gregory : 10h CM, 10h TP


Langue Français

Nbre heures CM 10

Nbre heures TP 10

Bibliographie conseillée : Optimisation continue, Bonnans, F. (2006), Dunod.

Convex optimization, Boyd, S.P. and Vandenberghe, L. (2004), Cambridge university press

Programmation mathématique : théorie et algorithmes, vol.1, Minoux, M (1983), Dunod Paris

Optimisation discrète, Billionnet, A. (2007), Dunod

Prérequis : Equations linéaires et différentielles linéaires, calcul matriciel


Examen écrit

Intitulé de l’UE Ingénierie système basée sur les modèles

Mots clés Ingénierie système, méta-modélisation, SysML, modélisation fonct-ionnelle, logique et physique

Contenu de l’UE : Ce cours présente un langage et une méthodologie de modélisation des systèmes complexes. Pour cela, une présentation du MBSE (Model-Based Systems Engineering) et des possibilités d’intégration avec le MBSA (Model-Based Safety Assessment) sera faite pour traiter le cas des systèmes critiques. Il se décompose en 4 parties principales :

Langage orienté objet (SysML) et méta-modélisation ;

Mécanismes d’extension (profile). Exemples de la sûreté de fonctionnement et de la mécatronique ;

Méthodologie d’ingénierie système cohérente allant de l’émergence des exigences jusqu’aux modélisations fonctionnelle, logique et physique.

Possibilités d’exploitation du modèle SysML dans un processus intégré afin de générer des FMEA et FTA et de permettre le Model Checking au plus tôt dans le cycle de conception.

Le cours s’appuie sur un scénario de système critique aéronautique. Il est suivi d’un TD de modélisation d’un système critique aéronautique avec l’outil Artisan Studio (ATEGO).

Lieu de la formation SUPMECA

ECTS 3


Maîtrise de la démarche de modélisation système. Notions d’extension d’un langage de modélisation pour supporter des concepts spécifiques à un domaine particulier (sûreté de fonctionnement). Prise en compte au plus tôt de la sûreté de fonctionnement en se basant sur le modèle système.

Coordinateur de l’UE CHOLEY Jean-Yves, Maître de conférences, section 60, SUPMECA


CHOLEY Jean-Yves, Maître de conférences, section 60, SUPMECA


Langue Français

Nbre heures CM 15

Nbre heures TD 15

Bibliographie conseillée : Safety Analysis Integration in a Systems Engineering Approach for Mechatronic system Design, Faïda MHENNI, phD thesis, Ecole Centrale Paris, 12/2014.

A SysML-based methodology for mechatronic systems architectural design, Faida Mhenni, Jean-Yves Choley, Olivia Penas, Regis Plateaux, and Moncef Hammadi, Advanced Engineering Informatics, 28(3):218-231, 2014.

Automatic SysML-based safety analysis, Philipp Helle, In Proc. of the 5th Int. Workshop on Model Based Architecting and Construc-tion of Embedded Systems, 2012.

Prérequis : Notions de langage orienté objet, d’analyse des systèmes et d’analyse de sûreté de fonctionnement.


Mini projet

Code ROF

Intitulé de l’UE Modélisation géométrique des assemblages et systèmes

Mots clés Ecarts géométriques, comportement géométrique, défauts de forme, souplesse, tolérancement.

Contenu de l’UE : Le comportement des systèmes mécaniques est de plus en plus étudié par l’utilisation de simulations numériques. Le support de ces simulations est le modèle géométrique du système, considéré idéal. L’objectif de l’UE est de sensibiliser à l’influence des défauts géométriques sur le comportement des assemblages et des systèmes. Des approches par identification, simulation et prédiction seront utilisées. Items principaux de l’enseignement : Normes et Langages pour la Spécification Géométrique des Produits Géométrie nominale et géométrie de substitution de composants obtenue par prédiction, simulation, identification Détermination du comportement des assemblages et mécanismes composés de pièces avec défauts Limitation des écarts géométriques pour atteindre des performances fonctionnelles : tolérancement géométrique Performance des moyens de production et prédiction de la géométrie obtenue

Lieu de la formation ENS de Cachan

ECTS 30



Connaître les principaux modèles de substitution à des surfaces réelles – notions

Maîtriser les modèles de substitution aux surfaces réelles par des surfaces sans défaut de forme

Simuler le comportement géométrique d’un assemblage composé de pièces rigides avec défauts géométriques – maîtrise

Simuler le comportement d’un assemblage composé de pièces flexibles avec défauts géométriques - notions

Coordinateur de l’UE ANWER Nabil, MdC, section 60, Université Paris 13 (IUT de Saint Denis) LAVERNHE Sylvain, MdC, section 60, ENS Cachan PIERRE Laurent, MdC, section 60, Université Paris Sud (IUT de Cachan) THIEBAUT François, MdC, section 60, Université Paris Sud (IUT de Cachan) FALGARONE Hugo, Ingénieur, AIRBUS GROUP


Pour chaque intervenant, indiquer son nom, son prénom, son grade, éventuellement sa section CNU et son établissement ou organisme d’exercice.

Pour chaque intervenant ANWER Nabil, 6 hetd LAVERNHE Sylvain, 5 hetd

PIERRE Laurent, 8 hetd THIEBAUT François, 8 hetd FALGARONE Hugo, 10 ehtd


Langue

Nbre heure CM 18

Nbre heure TP 4

Nbre heure TD 6

Vol horaire global de travail personnel

15

Nbre heure autres types d’enseignement (ex : tutorat)

Durée du stage en semaine

Bibliographie conseillée : Écriture formelle des « chaînes de cotes 3D, P. Bourdet, F. Thiébaut, G. Cid, ouvrage collectif, Tolérancement géométrique des produits (Traité IC2, série productique), Editeur Hermes-Lavoisier, chapitre 6, 22 p. mai 2007 Quality and cost-driven assembly technique selection and geometrical tolerance allocation for mechanical structure assembly, L. Andolfatto, C. Lartigue, F. Thiébaut, M. Douilly, Journal of Manufacturing Systems Volume 33, Issue 1, January 2014, Pages 103-115 Skin Model Shapes: A new Paradigm Shift for Geometric Variations Modelling in Mechanical Engineering B. Schleich, N. Anwer, L. Mathieu, S. Wartzack Computer-Aided Design, 50, pp. 1-15, 2014 Code d’essais des machines outils - Partie 1 : Exactitude géométrique des machines fonctionnant à vide ou dans des conditions quasi-statiques, NF ISO 230-1 (2012). Theory and simulation for the identification of the link geometric errors for a five-axis machine tool using a telescoping magnetic ball-bar, Y. Abbaszadeh-Mir, J.R.R. Mayer, G. Cloutier, C. Fortin, International Journal of Production Research 40 (18) (2002) 4781–4797.

Prérequis : Module de M1 : Assemblages (géométrie)


Session 1 : [note de controle continu + 3 x note examen écrit]/4 Session 2 : [note de controle continu + 3 x note examen écrit ou oral de rattrapage]/4

Coefficients

Code ROF

Intitulé de l’UE CAO, Reconstruction de formes et Réalité virtuelle

Mots clés CAO, Maquette numérique, Courbes et Surfaces, Rétro-conception

Contenu de l’UE : Définir en une phrase ou deux les objectifs de l’UE puis plan du cours avec les items principaux, ne pas détailler chaque séance, demi page maximum La maquette numérique est en général définie en CAO, et résulte soit d’une conception, soit d’une rétro-conception géométrique. Dans ce contexte, le module proposé s’articule autour de 3 points : • outils et méthodes de modélisation et de représentation des formes 3D pour la CAO • outils et méthodes de rétro-conception géométrique • concept de maquette numérique pour les applications de revue de projet, visualisation et interaction en réalité virtuelle


ECTS 3



Comprendre le concept de maquette numérique (maîtrise)

Modéliser en CAO les produits par des surfaces, des maillages ou des solides (maîtrise)

Appliquer les techniques de reconstruction de surfaces (continues ou discrètes) en rétro-conception (maîtrise)

Faire le lien entre la maquette numérique et la réalité virtuelle (notion)

Coordinateur de l’UE Claire LARTIGUE


Nabil ANWER, MCF, Université Paris Nord, section 60 Claire LARTIGUE, PR, Université Paris Sud, section 60 Sylvain LAVERNHE, MCF, ENS Cachan, section 60 Yann QUINSAT, PRAG, ENS Cachan, section 60 Un industriel non encore défini

Pour chaque intervenant Nabil ANWER – 4h CM Claire LARTIGUE – 2h CM – 4h TP Sylvain LAVERNHE – 2h CM – 4h TD Yann QUINSAT- 2h CM – 2h TD – 6h TP Un industriel non encore défini – 4h CM


Langue Français, anglais

Nbre heure CM 14h (dont 4h de conférences par un industriel)

Nbre heure TP 10h

Nbre heure TD 6h


10h


néant

Durée du stage en semaine néant

Bibliographie conseillée : 1/ The Nurbs book – Les Piegl & Wayne Tiller – Springer-Verlag, (London, UK), 1997 2/A Method For Registration of 3D Shape- P. J. Besl & N. D. M. Kay. -IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence 14(5), 1992 3/Multi sensor integration and discrete geometry processing for coordinate metrology, Haibin Zhao, Thèse de doctorat de l’ENS Cachan, 18 janvier 2010 4/ 3D Imaging, Analysis and Applications - Pears, N., Liu, Y., Bunting, P., Springer-Verlag (London, UK), 2012 5/ Solid Modelling and CAD Systems - Stroud, I., Nagy, H. - Springer-Verlag, (London, UK), 2011

Prérequis : Maîtrise des courbes et surfaces polynomiales ; Notions de CAO ; Notions de mesure et incertitudes associées ; Notions d’identification (critères des moindres carrés) Pour le M1 IN2P : Conseillée : « Ingénierie numérique et collaborative » ; « Mesure 3D Muli-capteurs » Indispensable : « Modélisation des courbes et des Surfaces »


Session 1 : note examen écrit Session 2 : note examen écrit ou oral de rattrapage

Coefficients 100%

Code ROF

Intitulé de l’UE Computer Aided Manufacturing

Mots clés Tool path computation ; computational geometry ; 5-axis milling ; Free-form surfaces ; Collision avoidance ;

Contenu de l’UE : Tool path generation in 3-axis milling of free-form surfaces

Algorithms for tool path computation, scallop height and chordal deviation issues

Optimal machining strategies to minimize production time

Polynomial interpolation Tool path generation in 5-axis milling of free-form surfaces

Algorithms for tool path computation in point milling and flank milling

Local and global collisions avoidance methods

Interactive tool path computation with CAM software (Catia V5, TopSolid’CAM)

Inverse Kinematical Transformation on 5-axis machining center, singularity issues, post-processing.

Lieu de la formation Ecole Normale Supérieure de Cachan

ECTS 3

Objectifs scientifiques et pédagogiques :

This course aims at addressing the technics and algorithms of tool path computation used in Computer Aided Manufacturing Software. The study of tool path computation is carried out in the context of 5-axis high speed machining of free-form surfaces (molds, medical implants or parts of aero structures) or additive manufacturing, executed on 5-axis CNC machine tool. Two objectives are followed: choosing and setting up the best strategies using CAM software algorithms (TopSolid’CAM and CATIA V5) and proposing specific algorithms to deal with specific or innovative cases.


Computation of tool postures along a free-form surface

Modeling of geometrical deviation of free-form surfaces dues to sweeping strategy

Knowledge of collision avoidance techniques

Modeling of the Inverse Kinematical Transformation on 5 or 6-axis machine tools

Computational geometry for manufacture (intersections, collisions, polynomial interpolation, etc.)

Coordinateur de l’UE Christophe Tournier


Christophe Tournier (PR, 60, ENS Cachan)


Langue Français / Anglais

Nbre heure CM 12

Nbre heure TP 18

Nbre heure TD


12


néant

Durée du stage en semaine néant

Bibliographie conseillée : Sculptured surface machining theory and applications, B.K.Choi, R.B.Jerard, Kluwer academic 1998 Computational Geometry for Design and Manufacture, I. D. Faux, M. J. Pratt, Ellis Horwood 1980

Prérequis : Basics in differential geometry of curves and surfaces Knowledges in machining process


Session 1 : [note de controle continu + 3 x note examen écrit]/4 Session 2 : [note de controle continu + 3 x note examen écrit ou oral de rattrapage]/4

Code ROF

Intitulé de l’UE Acquisition de géométrie par moyen optique, vision

Mots clés Numérisation sans contact, étalonnage, qualification, sélection, trajectoire, métrologie, recalage, fusion, multi-échelle, multi-capteur.

Contenu de l’UE : Les processus d’acquisition de géométrie s’appuient de plus en plus sur des systèmes de numérisation par moyens optiques qui délivrent une représentation de la géométrie des pièces sous forme de données discrètes (nuages de points, maillages, images, …) en des temps relativement courts. Dans ce contexte, l’objectif de ce cours est de présenter les principes, outils et méthodes associés à l’acquisition de la géométrie des formes des pièces par moyens optiques. Partie 1 – Principes, Moyens et méthodes d’acquisition de géométrie des surfaces

CM – TD :

La chaîne de numérisation 3D, notion de système de mesure multi-capteurs

Les technologies de capteurs : laser-plan, projection de franges, stéréovision, tomographie, …

Modélisation des caméras et méthodes de calibration

Notion d’incertitude de mesure et caractéristiques des données acquises

Calibration et raccordement métrologique TP :

Mise en œuvre de systèmes de numérisation : laser-plan, stéréovision sur pièces souples

Partie 2 –Stratégie de numérisation et qualité: CM - TP :

Qualification des systèmes de numérisation

Stratégie de numérisation trajectographie

Partie 3 –Pré-Traitement des données discrètes CM– TD :

Modèles de structuration topologique à partir de données discrètes : Surfel, voxel, octree, maillages …

Mise en cohérence des données : filtrage, fusion, recalage (rigide et non rigide) et segmentation

Qualification des données en terme de qualité TP :

Les outils logiciels CAO pour la manipulation de données de numérisation

Manipulation d’algorithmes de recalage et partitionnement des données


ECTS 3


Mettre en place une numérisation à qualité donnée (maitrise)

Qualifier des données numérisées (maitrise)

Définir de nouveaux critères de qualification ou/et de sélection fonction de nouvelles applications (notion)

Réaliser des opérations de recalage, fusion et partitionnement du nuage de points (maitrise)

Coordinateur de l’UE Charyar MEHDI-SOUZANI


Nabil ANWER, MCF, Université Paris Nord, section 60 Claire LARTIGUE, PR, Université Paris Sud, section 60 Charyar MEHDI-SOUZANI, MCF, Université Paris Nord, section 60 Yann QUINSAT, PRAG, ENS Cachan, section 60 Hichem NOURIA, ingénieur, LNE

Pour chaque intervenant Claire LARTIGUE, 9h (2C, 6 TD) Nabil ANWER, 7 (2C, 4TD) Charyar MEHDI-SOUZANI, 10h (4C, 4TD) Yann QUINSAT, 6h (6TD) Hichem NOURIA, 3h (2C)


Langue Anglais, Français

Nbre heure CM 12

Nbre heure TP 13

Nbre heure TD 5


15


0

Durée du stage en semaine Non concerné

Bibliographie conseillée : D.Whitehouse, livre: "Surfaces and their measurement", Elsevier, 2004.

N.Audfray, thèse de doctorat, "Une approche globale pour la métrologie 3D automatique multi-systèmes", LURPA ENS de Cachan, 2012

Prérequis : Maîtrise des transformations spatiales, d’algèbre linéaire et de géométrie affine. Notions de CAO ; Notions de mesure et incertitudes associées ; Notions d’identification (critères des moindres carrés).



Coefficients 100%

Code ROF

Intitulé de l’UE Modélisation et commande des systèmes robotiques

Mots clés Modèle géométrique, modèle dynamique, commande, robot

Contenu de l’UE : L’objectif de l’UE est de donner aux étudiants les compétences nécessaires pour appréhender le pilotage et la maîtrise des performances d’un système robotisé (robotique ou centre d’usinage multi-axes). Ces compétences opérationnelles sont atteintes au travers de l’étude scientifique du comportement géométrique et dynamique des systèmes poly-articulés. Les trois axes de formation sont donc la géométrie, la dynamique et la commande :

Description géométrique des systèmes poly-articulés et paramétrage pour des architectures sérielles (transformations homogènes, paramètres de Dénavit et Hartenberg, paramètres de rotation 3D, modèles géométriques direct et inverse)

Modélisation dynamique de systèmes multi-corps : Théorèmes généraux, principe des puissances virtuelles, formalisme de Lagrange, formalisme de Newton-Euler et méthode de la double récurrence

Techniques de commande - réglage Architectures industrielles et avancées, comparaison des solutions PID - prédictive sous forme RST, intégration de la dynamique dans la commande, commande par découplage non linéaire dans l’espace articulaire et dans l’espace opérationnel.


ECTS 2



Savoir les principaux effets géométriques et dynamiques du comportement réel des systèmes polyarticulés lors de l’exécution de tâches (maitrise).

Modéliser un système d’un point de vue géométrique et dynamique en mettant en œuvre les paramétrages et théorèmes généraux afin de simuler le comportement du système (maitrise).

Mettre en pratique des outils industriels pour le pilotage de robots anthropomorphes (notions)

Régler les paramètres opératoires du système (notions)

Spécifier la génération de trajectoire articulaire ou cartésienne à partir des modèles et simulations, (notions)

Coordinateur de l’UE LAVERNHE Sylvain


BRUNEAU Olivier, PR, section 60, Université Paris Sud. DUMUR Didier, PR, Supélec. LAVERNHE Sylvain, MCF, section 60, Ecole Normale Supérieure de Cachan.

Pour chaque intervenant BRUNEAU, Olivier, 8h eq TD DUMUR, Didier, 5h eq TD LAVERNHE, Sylvain, 13h eq TD


Langue Français

Nbre heure CM 12h

Nbre heure TP 4h

Nbre heure TD 4h


10h


-

Durée du stage en semaine -

Bibliographie conseillée : Modélisation Identification Et Commande Des Robots. 2ème édition revue et augmentée; Wisama Khalil, Etienne Dombre; Hermes Science Publications; ISBN : 2-7462-0003-1

Fundamentals of Robotic Mechanical Systems: Theory, Methods, and Algorithms. Third Edition; Jorge Angeles; Springer; ISBN: 0-387-29412-0

Robot Manipulator Control: Theory and Practice. Second Edition, Revised and Expanded; Frank L.Lewis, Darren M.Dawson, Chaouki T.Abdallah; Marcel Dekker, INC.; ISBN: 0-8247-4072-6

Prérequis : Notions élémentaires sur les trois thèmes : Algèbre linéaire Mécanique du solide Automatique linéaire et asservissement Pour la formation en master 1 : Indispensables : Systèmes polyarticulés Conseillées : Assemblages (géométrie) Libres : Optimisation avancée, Optimisation numérique et applications



Coefficients

Code ROF

Intitulé de l’UE Advanced Manufacturing

Mots clés coupe des métaux, efforts de coupe, lobes de stabilité, intégrité de surface

Contenu de l’UE : L’UE proposée s’appuiera sur un enseignement théorique fortement illustré par une analyse de phénomène physique mise en évidence lors d’activités pratiques. L’objectif est que les élèves puissent mener l’analyse d’un problème de coupe et de mettre en place les outils analytiques de modélisation des phénomènes macroscopiques liés à l’usinage par enlèvement de matière . Ainsi le cours s’oriente sur les points suivants :

1. Etude de la Formation du copeau ; Géométrie outil ; Loi d’usure

2. Efforts de coupe (Merchant), mise en évidence du COM, Méthode par discrétisation d’arête

3. Vibration en usinage : lobes de stabilité 4. Vibration en usinage : structure machine 5. Simulation de l’état de surface en usinage

Il s’accompagnera d’un BE sur la modélisation numérique de la coupe et compléter par 4 séances de travaux pratiques :

1. Effort en tournage 2. Effort en fraisage 3. Intégrité de surface par analyse de micro dureté 4. Vibration en usinage


ECTS 3


A l’issu de l’UE les élèves sont capables de :

Définir les modes de déformation (maîtrise)

Modéliser les actions mécaniques par discrétisation d’arête (maîtrise)

Lier la topographie de la surface usinée aux paramètres opératoires (notion)

Etudier la dynamique du système usinant (notion)

Coordinateur de l’UE Yann Quinsat


Yann Quinsat Prag-Dr ENS Cachan – 60ième section Sylvain Lavernhe Mcf – ENS Cachan– 60ième section

Pour chaque intervenant YQ – 8hCM 16hTP = 24h eq TD; SL- 2hCM 16hTP = 19h eq TD sur la base de 2 groupes de TP


Langue

Nbre heure CM 10

Nbre heure TP 4

Nbre heure TD 16


20


0


Bibliographie conseillée : Y. Altintas, Dynamics of cutting Cambridge Uinversity Press. J.P. Cordebois et coll., Fabrication par usinage, Dunod 2008 C.Tournier et coll., Usinage grande Vitesse, Dunod 2010

Prérequis : Matériaux : notion de plasticité Mécanique des milieux continus


Session 1 : [ 2 x Moyenne des notes de compte rendu de TP + 3 x note examen final écrit ] / 5 Session 2 : [ 2 x Moyenne des notes de compte rendu de TP + 3 x note examen final écrit ou oral de rattrapage] / 5

Code ROF

Intitulé de l’UE Assemblages de structures : traitement du contact frottant

Mots clés assemblages, liaisons, frottement, contact

Contenu de l’UE : La prise en compte des phénomènes de contact et de frottement est vitale dans la simulation du comportement des assemblages de structures. Ces phénomènes sont très fortement non linéaires et leur modélisation pose de sérieuses difficultés tant sur le plan de la formulation que sur celui de la résolution numérique. Ce module présente, dans un premier temps, la problématique générale des assemblages de structures et les méthodes pratiques de modélisation des conditions de liaison linéaires. Les formulations classiques et les méthodes numériques employées dans les codes de calcul industriels pour la prise en compte des conditions de contact et de frottement sont ensuite abordées. Le cours est illustré par des applications industrielles et une initiation à la résolution sur code de calcul par élément finis est proposée. Contenu :

Introduction : problématique générale des assemblages, non-linéarités de contact et de frottement.

Prise en compte de conditions linéaires sur les degrés de liberté

Contact unilatéral sans frottement : problème local, formulation variationnelle, théorèmes énergétiques, prise en compte des jeux.

Résolution des problèmes de contact : discrétisation, méthodes de projection, méthode des statuts, pénalisation, …

Frottement : lois de frottement, loi de Coulomb en quasi-statique, pb de point fixe, forme incrémentale, méthode des statuts.

Problèmes d'existence et d'unicité des solutions. Maillages incompatibles.


ECTS 3


Compétences : Formulation des problèmes de contact-frottant Méthode de résolutions numériques associée

Compétences complémentaires : Outils numériques : programmation sous Matlab, et

utilisation du code de calcul CAST3M durant les TP.

Coordinateur de l’UE Boucard, Pierre-Alain, Professeur, CNU 60, ENS Cachan


Oumaziz, Paul, Doctorant avec mission d’enseignement, ENS Cachan

Pour chaque intervenant


Langue

Nbre heure CM 18

Nbre heure TP

Nbre heure TD 12




Bibliographie conseillée : Wriggers, P., Computational Contact Mechanics, New York, J. Wiley & Sons, 2002. Jean, M., Moreau, J.J., Raous, M., Contact Mechanics, Springer-Verlag New York Inc, 1995. Johnson, K.L., Contact Mechanics, Cambridge University Press, 1985.

Prérequis : Mécanique des milieux continus (formulation variationnelle, théorèmes de l’énergie) Éléments-Finis


Session 1 : note examen écrit final Session 2 : note examen écrit final

Coefficients 100%

présentation générale - université paris saclay · pédagogique repose sur des apports formels...

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