Organisation pédagogique du laboratoire en ilot - Evolutions du laboratoire de SI pour passer en ilot - Exemple d’ilot Modélisateur / Expérimentateur / Chef d’équipe utilisant des systèmes actuels (modélisation cinématique) - Exemple d’ilot réseau Modélisateur / Expérimentateur / Chef d’équipe (systèmes asservis) - Exemple d’ilot Projet (dynamique) - Exemple en PT ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI - Réflexions sur l’encadrement des étudiants en TP en ilot Séminaire interacadémique SII en CPGE Sommaire • équipes de 3 à 7 étudiants au lieu de binômes ou trinômes; • Développer l’autonomie et la prise d’initiative; • Initier à l’ingénierie simultanée et au travail collaboratif Deux propositions d’ilots : • ilot modélisateur / expérimentateur / chef d’équipe • ilot projet. ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI en TP en ilot Séminaire interacadémique SII en CPGE Réflexions sur l’encadrement des étudiants Ilot Modélisateur / Expérimentateur / Chef d’équipe • équipes de 3 à 5 étudiants; • travail collaboratif • chaque étudiant a un rôle bien défini et complémentaire à celui des autres membres (différence groupe / équipe) Ilot Modélisateur / Expérimentateur / Chef d’équipe Chef d’équipe Modélisateur(s) Expérimentateur (s) Problème technique ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI en TP en ilot Séminaire interacadémique SII en CPGE Réflexions sur l’encadrement des étudiants Ilot Projet • en fin de séquence, démarches de projet, de résolution de problème technique et d’investigation • Les investigations se mènent en parallèle et peuvent être de la modélisation ou de l’expérimentation. Entre 4 et 7 élèves Ilot « Projet » Chef de projet Problème technique Investigation 1 Investigation 2 Investigation 3 ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI TP en ilot Séminaire interacadémique SII en CPGE Réflexions sur l’encadrement des étudiants en • moins de groupes à encadrer, donc plus de temps passé avec chaque groupe; • optimisation des supports des laboratoires; • meilleure implication des élèves; • sensibilisation à l’ingénierie simultanée. • Inconvénients: • l’occasion d’une évolution spatiale et matérielle du laboratoire • nécessite la création / adaptation de ressources pour aider à l’autonomie des étudiants (quel que soit le niveau) • prévoir des rotations au niveau de la répartition des tâches et des équipes • gestion des absences ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI • Avantages: en TP en ilot Séminaire interacadémique SII en CPGE Réflexions sur l’encadrement des étudiants • postes de travail permettant d’accueillir une équipe de 3 à 7 personnes; • créer une zone de présentation pour les restitutions; • prévoir une ou deux zones d’échanges avec des petits tableaux, permettant la communication entre les membres d’équipes; • un réseau local pour permettre d’accéder depuis plusieurs postes à un même système; ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI adaptation spatiale du laboratoire : Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple de laboratoire en ilot ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple de laboratoire en ilot • avoir des TP exemples qui servent de ressource aux élèves (« griller » un support) (chariot filoguidé, Diravi, Suspension, Doshydro, trieuse pellicule photo); • avoir des TP virtuels utilisant par exemple les données des constructeurs (Jockey, Comax, Axe schneider,…); • avoir des petits systèmes instrumentés facilement transportables (trieuse de pièces, machine à glaçon, volant à retour de force, cheville NAO, hemomixer…); • avoir des petits systèmes en plusieurs exemplaires (Rovio, panneau solaire,…); ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI adaptation matérielle du laboratoire : Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple de laboratoire en ilot • instrumenter d’autres supports soi-même, • utiliser les TIPE, les secondes, les olympiades, les STI2D comme source de motivation ou aide pour instrumenter ces nouveaux systèmes; • mutualiser avec des sections existantes des systèmes facilement transportables; • mettre en réseau les systèmes déjà existants grâce à des solutions réseaux. • acheter de nouveaux systèmes / nouveaux postes informatiques Financement ? • Prélèvement sur fond de réserve du lycée; • Faire une demande à la région; • Demander à créer de nouvelles filières (SSI, ..); • Faire des projets (budget projet établissement); ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI Comment ? Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple de laboratoire en ilot • équipes de 3 à 5 étudiants; • travail collaboratif • chaque étudiant a un rôle bien défini et complémentaire à celui des autres membres (différence groupe / équipe) Ilot Modélisateur / Expérimentateur / Chef d’équipe Chef d’équipe Modélisateur(s) Expérimentateur (s) Problème technique ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI Expérimentateur / Chef d’équipe Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple d’ilot Modélisateur / Série sur la modélisation cinématique : ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI laboratoire Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple d’ilot avec du matériel présent dans le • Un diaporama à compléter pour le chef d’équipe • Un guide d’étude pour les expérimentateurs • Un guide d’étude pour les modélisateurs ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI laboratoire Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple d’ilot avec du matériel présent dans le ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple d’ilot en réseau Série sur la modélisation SLCI : ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI laboratoire et nouveau matériel en réseau Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple d’ilot avec du matériel présent dans le ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI Séminaire interacadémique SII en CPGE ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple d’ilot en réseau ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple d’ilot en réseau linéarités • Un système avec de la quantification ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI • Un système avec des non Séminaire interacadémique SII en CPGE • Un système avec de l’écart Modèle de comportement plutôt que modèle de connaissance ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI Séminaire interacadémique SII en CPGE 1 énoncé unique et 1 code couleur par question Question traitée par toute l’équipe Question traitée par l’expérimentateur Question traitée par le modélisateur ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI Extrait du TP Séminaire interacadémique SII en CPGE TP SLCI = Beaucoup d’interaction modélisateur - expérimentateur Chef d’équipe Modélisateur(s) Expérimentateur(s) Essai en BO, mesure de la constante de temps Modèle de connaissance Modèle de comportement de la BO Détermination de Jeq, effet de l’ajout de pièces Modèle du hacheur Modèle du couple résistant Cr Essais pour déterminer Cr Détermination du modèle du couple résistant, prise en compte des non-linéarités, Validation du modèle en BO ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI Problème technique : Modéliser le comportement en BO Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple d’ilot en réseau • démarches de projet, de résolution de problème technique et d’investigation • travail collaboratif Ilot « Projet » Chef de projet Problème technique Investigation 1 Investigation 2 Investigation 3 ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI • en fin de séquence Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple d’ilot Projet en dynamique Chef de projet Problème technique Investigation 1 Investigation 2 Investigation 3 Phases : • activation : analyse, définition d'un plan de travail et d'objectifs intermédiaires, répartition des rôles; • investigation de problème(s) technique(s), caractérisation des écarts à l’aide de simulation / expérimentation • restitution • synthèse ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI Ilot « Projet » Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple d’ilot Projet en dynamique Série sur la dynamique : ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI dans le laboratoire et nouveau matériel en réseau Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple d’ilot projet avec du matériel présent Déroulement - Activation ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple d’ilot Projet en dynamique 0° - 20 tour/min 40° - 60 tour/min ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI Déroulement - Activation Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple d’ilot Projet en dynamique ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI Déroulement Investigation binôme 1 - Alvéoles Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple d’ilot Projet en dynamique ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI Déroulement Investigation binôme 2 - chute Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple d’ilot Projet en dynamique ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI Déroulement Investigation binôme 3 - décollement Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple d’ilot Projet en dynamique Déroulement - Synthèse ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple d’ilot Projet en dynamique Déroulement - Restitution ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple d’ilot Projet en dynamique Chef de projet Modèle mécanique Modèle mécanique Modèle mécanique Paramétrage commun Mesure coeff frot 1 Modèle mécanique Mesure accélération Résolution analytique Vidéo Modèle mécanique Vidéo Résolution informatique Modèle mécanique Mesure accélération Résolution analytique Tracé commun Mesure écart Mesure écart Mesure écart ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI Problème technique Séminaire interacadémique SII en CPGE Exemple d’ilot Projet en dynamique un problème technique donné en réalisant différentes investigations; • différentes équipes peuvent mener le même type d’activité (expérimentation, simulation, …) mais sous des angles différents; • les activités proposées permettent de caractériser les écarts; • les problèmes techniques globaux abordés permettent de donner du sens à la séquence; • les élèves se sentent plus impliqués. ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI • les élèves travaillent de manière collaborative pour résoudre Séminaire interacadémique SII en CPGE Synthèse pédagogique • d’un système réel instrumenté avec sous-ensemble; • de plusieurs postes informatiques, fonctionnant en réseau, permettant le pilotage ou l’acquisition de grandeurs physiques du système; • d’un espace de communication pour permettre l’échange entre les différentes équipes et l’enseignant. ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI Chaque îlot présenté dispose : Séminaire interacadémique SII en CPGE Synthèse structurelle ATS - PTSI/PT – PCSI/PSI – TSI Séminaire interacadémique SII en CPGE Questions? Séminaire interacadémique (Paris, Créteil, Versailles) sur les Sciences Industrielles de l’Ingénieur en CPGE Exemple de série de TP Filière PT Equipe PT/PT* Lycée Rapsail Michael Trovalet, Vincent Berrou, Quentin Dubost, Chirstophe Heyberger 37 Progression sur l’année de PT COMPETENCES PT 1 Analyser et Expérimenter les composants des chaînes d'énergie et d'information 2 Modéliser, Résoudre Exprérimenter et Concevoir les composants et pièces mécaniques appartenant à des systèmes pluri-technologiques 3 Analyser, Expérimenter, Modéliser, Résoudre et Concevoir des solutions technologiques sollicitées dynamiquement et appartenant à des systèmes pluri-technologiques 4 Analyser, Expérimenter, Modéliser Résoudre et Concevoir les convertisseurs de puissance électrique 5 Analyser, Expérimenter, Modéliser , Résoudre et Concevoir les SLCI 6 Concevoir et Réaliser les assemblages et les pièces mécaniques G2 - Mettre en œuvre une communication E2 - Choisir une solution technique Théorie des poutres G - COMMUNIQUER G1 - Élaborer, rechercher et traiter des informations F - REALISER E3 - Dimensionner une solution technique E1 - Imaginer des architectures et des solutions technologiques E - CONCEVOIR D3 - Mettre en œuvre un protocole expérimental et vérifier sa validé D2 - Justifier et/ou proposer un protocole expérimental D - EXPERIMENTER D1 - Découvrir le fonctionnement d’un système complexe C - RESOUDRE Concevoir les composants et pièces mécaniques appartenant à des systèmes pluri-technologiques B3 - Valider un modèle Intitulé B - MODELISER B2 -Proposer un modèle N° Cycle A3 - Conduire l'analyse AANALYSER Théorie de Hertz Liaison pivot (Conception) + dimensionnement Progression non idéale, il faut une approche système M. Trovalet, exemple TP en PT, Séminaire interacadémique sur les SII en CPGE, 11/05/2015 38 Progression sur l’année… prochaine Cycle 4 (fin S3->début S4) Chaine d’information Cycle 5 (Fin S4): Performances et Correction des SlCI Grandeurs physiques internes CHAINE D'INFORMATION Informations extérieures Acquerir Traiter Capteurs Calculateur Communiquer Module de sortie Matière d'oeuvre entrante Ordres Energie d'entrée Alimenter Transformateur, conditionneur ... Distribuer Distributeur, variateur ... Adapter ou Transmettre Convertir Moteur, vérin .... Engrenages, pince, courroie... Agir sur la matière d'oeuvre Fin Semestre 2 CHAINE D'ENERGIE Effecteur. Matière d'oeuvre sortante Cycle 1 (début S3) Motorisation élec Cycle 2 et 3 (milieu/fin S3-> début S4) Dynamique et dimensionnement + Cycle Conception/Réalisation M. Trovalet, exemple TP en PT, Séminaire interacadémique sur les SII en CPGE, 11/05/2015 39 Cycle concerné : progression Cycle 4 : Dimensionnement des composants et pièces mécaniques appartenant à des systèmes pluri-technologiques Semaine 1 Cours RdM chapitre 1: Rappels de modélisation des actions mécaniques. Passage local/global 2 RdM chapitre 2: Hypothèses de la RDM, déf vecteur contrainte, définition du torseur de cohésion 3 RdM chapitre 2: Méthode de calcul du torseur de cohésion, les différents types de sollicitations 4 5 6 7 RdM chapitre 2: Torseurs des petits déplacements, petites déformations. RdM chapitre 3: Déformation/contrainte/déformée en traction/compression et torsion RdM chapitre 3: Déformation/contrainte/déformée en flexion. RdM Chapitre 4: Concentration de contraintes, Résolution des problèmes hyperstatiques d'ordre 1 : applications simples TD Travaux Pratiques Supports de TP TD/Cours Roulements : Montage roulements TD d’intro, cours, applications TP découverte RdM : grâce à l'outil numérique Logiciel Solid Works, module Simulation (calcul EF) TD Roulements : Montage des Rlmnts Sinusmatic Cours : Dimensionnement rlmnts TP découverte Pivot : Réalisation technologique de liaison pivot par éléments roulants. Solutions techniques d'arrêt axial. Autres types de roulement (rouleaux, buttées...) Logiciel Pyvot TD RdM + Conception : Machine de traction TP dim roulements : Analyse et Dimensionnement de la liaison pivot plateau/bâti de la capsuleuse de bocaux. Capsuleuse de bocaux Logiciel Solid Works, Méca 3D TD Theorie Hertz + Conception : Chariot à bagages Cours préambule : Théorie de Hertz. TP Hertz : Vérification du dimensionnement du galet de Sympact. Barrière Sympact Logiciel Solid Works, Méca 3D, module Simulation (calcul EF) TP de RdM : Analyse de la conception de capteurs d’effort Capsuleuse, Cordeuse, Dae, triangle Deltalab, SW Poutres Liaison pivot Théorie de Hertz Progression non idéale, mais contrainte par des questions matérielles TD Conception (dim roulemnts) : Brosse de patin Télécabine TD RdM : Structure avion de tourisme série de TP présentée Cours/TD: Pblm hyperstatiques, Structure avion de tourisme (bis) Semaine 8 TD RdM/conception: Concentration de contraintes : pince sensitive M. Trovalet, exemple TP en PT, Séminaire interacadémique sur les SII en CPGE, 11/05/2015 40 Cycle concerné : progression idéale Dimensionnement des composants et pièces mécaniques appartenant à des systèmes pluri-technologiques Semaine Cours TD Travaux Pratiques Supports de TP 1 2 Concevoir les pièces mécaniques Théorie des poutres 3 4 Cycle 3.1 Concevoir les composants mécaniques 5 Théorie de Hertz 6 Liaison Pivot 7 Cycle 3.2 M. Trovalet, exemple TP en PT, Séminaire interacadémique sur les SII en CPGE, 11/05/2015 41 Moyens disponibles Des grands classiques ! 3 TP sur supports pluri-technologiques « classiques » Capsuleuse de bocaux 1 support simple Banc de traction EX150 DAE Banc de test maison Cordeuse de raquettes SW Simulation Fonction CAPTER basée sur la déformation d’une ‘poutre’ M. Trovalet, exemple TP en PT, Séminaire interacadémique sur les SII en CPGE, 11/05/2015 42 Moyens disponibles Le capteur de force/couple, un composant pluri-technologique : - corps d’épreuve mécanique : poutre (Transmettre) - transducteur électrique : jauge de déf. + adaptation (Acquérir) Cycle 4 Chaine d’information Grandeurs physiques internes CHAINE D'INFORMATION Informations extérieures Acquerir Traiter Capteurs Calculateur transducteur Communiquer Module de sortie Matière d'oeuvre entrante Ordres Energie d'entrée Alimenter Transformateur, conditionneur ... Distribuer Distributeur, variateur ... Convertir Moteur, vérin .... CHAINE D'ENERGIE Adapter ou Transmettre Engrenages, pince, courroie... corps d’épreuve Agir sur la matière d'oeuvre Effecteur. Matière d'oeuvre sortante Cycle 3 Dimensionnement M. Trovalet, exemple TP en PT, Séminaire interacadémique sur les SII en CPGE, 11/05/2015 43 Répartition des activités et rôles Critères et contraintes : - Regroupements des activités par compétences Complémentarité entre rôles (esprit mini-projet) pour atteindre l’objectif Aborder les écarts de la démarche ingénieur, vérif. exigences Chaque étudiant doit être passé sur le banc d’essai de traction Aborder les compétences suivantes : Compétence Connaissance Capteurs (TP) Analyser A3 Modéliser B2 B3 Matériaux (TP) Proposer/Valider modèles de solide déformable rôle Modéliser Contraintes Résoudre C Utilisation d’un solveur ou d’un logiciel multi physique (TP) Expérimenter D1, D2, D3 Chaîne d’énergie et d’information ; Chaîne d’acquisition Résultats expérimentaux ; Ordres de grandeurs des résultats attendus (TP) Concevoir E2 Méthodes de conception Concevoir E3 Méthodes de dimensionnement des solutions techniques modéliser/Résoudre num. ou expérimenter numériquement rôle Expérimenter M. Trovalet, exemple TP en PT, Séminaire interacadémique sur les SII en CPGE, 11/05/2015 44 Exploitation des supports Objectif général : Analyser et justifier la conception des capteurs de force Exigences à vérifier : Résistance élastique, plage de mesure des jauges, suppression des sollicitations parasites. Capsuleuse de bocaux + Ilot 1 Objectif secondaire: Fournir aux ilots 1, 2 et 3 les caractéristiques mécaniques des matériaux des capteurs Banc de traction EX150 DAE + Ilot 2 Cordeuse de raquettes + Ilot Laboratoire d’essais + Ilot 3 M. Trovalet, exemple TP en PT, Séminaire interacadémique sur les SII en CPGE, 11/05/2015 45 Ilot laboratoire d’essai : Banc de traction Objectif : Fournir aux ilots 1, 2 et 3 les caractéristiques mécaniques du matériau du capteur de force/couple Répartition : 2 trinômes, traitant alternativement les objectifs 1 et 2 Matériel : Banc de test instrumenté + maquette numérique + + 2 éprouvettes en matériaux (inconnus) provenant des capteurs (connus) Activités proposées Objectif 1 (Modéliser/Résoudre) : Régler le banc de mesure (exigence : 1kN/mm) ? Etudiant 1 Etudiant 2-3 σ - Modéliser/Résoudre sur maquette numérique - Modéliser/Résoudre analytiquement - Déterminer la position du comparateur - Déterminer la position du comparateur écart Objectif 2 (Expérimenter) : Déterminer la nature du matériau des éprouvettes E? ε - Elaboration d’un protocole expérimental - Traction des éprouvettes sur banc : tracé déformée-effort - Déterminer le module d’Young des éprouvettes et donc leur nature écart modèle réel M. Trovalet, exemple TP en PT, Séminaire interacadémique sur les SII en CPGE, 11/05/2015 46 Ilot 1 Capsuleuse Rôle Expérimenter Mesures sur Capsuleuse : - déterminer effort max que subit le corps d’épreuve Rôle Modéliser/Résoudre Proposer un modèle pour le corps d’épreuve Déterminer torseur de cohésion, contrainte en fonction de l’effort -> justifier forme éprouvette -> vérifier dimensionnement poutre Ilot Mesures sur banc de test maison: Ilot Labo essais - Analyser la chaîne d’acquisition - Déterminer l’amplitude de la déformation - Justifier le gain de la chaîne d’acquisition Déterminer la relation effort déformation -> vérifier adaptation jauges à la Expériences numériques SW -> Justifier le montage de jauges Modélisation autres sollicitations -> Justifier le montage de jauges (demi-pont) Labo essais def. (demi-pont) Phase de synthèse commune (15 min… si possible) avec analyse des écarts M. Trovalet, exemple TP en PT, Séminaire interacadémique sur les SII en CPGE, 11/05/2015 47 Ilot 2 Cordeuse Rôle Expérimenter Mesures sur Cordeuse: - influence de la direction de l’effort - déterminer effort max que subit le corps d’épreuve Ilot Labo essais Rôle Modéliser/Résoudre Proposer un modèle pour le corps d’épreuve Déterminer le torseur de cohésion, la contrainte en fonction de l’effort -> justifier forme éprouvette -> vérifier dimensionnement poutre Ilot Expériences numériques SW -> Essais sur différentes formes -> évolution déformation -> Justifier le montage de jauges (demi-pont) Labo essais Modélisation comportement jauges -> relation effort/déformation Détermination des gains de la chaîne d’acquisition Phase de synthèse commune (15 min… si possible) avec analyse des écarts M. Trovalet, exemple TP en PT, Séminaire interacadémique sur les SII en CPGE, 11/05/2015 48 Bilan Les satisfactions • • • • • L’esprit mini-projet mobilise les étudiants : sentiment d’utilité Démarche systématique pour chaque cycle que les élèves s’approprient aisément La focalisation par compétences permet d’atteindre plus simplement les objectifs pédagogiques Permet d’exploiter des supports mono-technologiques/simples au sein d’une démarche globale pluri-technologique Permet de faire du modèle analytique poussé en TP Les améliorations possibles • • Longueur difficile à évaluer.. phase de synthèse souvent très courte Nommer un chef de projet pour obtenir un compte rendu plus pertinent M. Trovalet, exemple TP en PT, Séminaire interacadémique sur les SII en CPGE, 11/05/2015 49 Merci pour votre attention M. Trovalet, exemple TP en PT, Séminaire interacadémique sur les SII en CPGE, 11/05/2015 50
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