Les Sciences Industrielles pour l’Ingénieur Les supports et les compétences

1. Les Sciences Industrielles pour l’IngénieurLes supports et les compétences Colloque UPSTI – Ecoles d’Ingénieurs 19-20 Mai 2005 Ecole des Mines de Paris

2. Plan L’art de l’Ingénieur La place des S2I en CPGE • La formation en CPGE • Les objectifs en S2I Les supports industrialisés en S2I • Domaines d’application • Pluri technologiques et complexes Compétences développées • Les différentes compétences • Illustration sur des sujets de concours Organisation de la formation • Cours, TD, TP, TIPE Plan Art de l’Ingénieur La place des S2I en CPGE Supports Compétences développées Organisation de la formation Conclusion

3. Baccalauréat Les classes préparatoires Scientifiques La formation des ingénieurs en 5 ans (Master) Les écoles d’ingénieur L’art de l’Ingénieur Plan Art de l’Ingénieur La place des S2I en CPGE Supports Socle commun scientifique et technique Compétences développées Organisation de la formation Formation répondant aux besoins de l’industrie et de la recherche Conclusion

4. L’art de l’Ingénieur Objectifs : • Qualité • Coût • Délai • Innovation L’élève ingénieur, au terme de sa formation, doit être capable de s’intégrer dans un projet, voire de le diriger. Plan Exemple : Domaine automobile Art de l’Ingénieur • Contexte : • 15 constructeurs réalisent 85% de la production mondiale • 75% de la valeur d’un véhicule est achetée à des sous-traitants • Diversification des prestations proposées sur un rythme de renouvellement accéléré ( 7 ans) • Contraintes normatives exigeantes : sécurité, pollution, bruit, recyclage La place des S2I en CPGE Supports Compétences développées Organisation de la formation Conclusion Sources : Renault (livre technocentre)

5. L’art de l’Ingénieur Près de 1000 métiers recensés Métiers Gamme Logistique Marketing Ass. Qualité Achats Directeur de Projet Design Assistant Eco Produit et des chefs de projets Innovations Interface GMP Planning Ingénierie Industrialisation ApV Général Définition du produit et des moyens de production Mise en œuvre en usine Réalisation des outillages Production en série Commercialisation Phase préparatoire (Objectif 24mois) Le besoin est exprimé Le véhicule est défini La commercialisation est lancée Jalons L’ingénieur travaille en équipe dans une organisation structurée. Plan Art de l’Ingénieur La place des S2I en CPGE Le travail est jalonné. La validation par rapport au cahier des charges est continue. Supports Compétences développées Organisation de la formation Conclusion Sources : Renault-ENS Cachan

6. L’art de l’Ingénieur De l’initiative et de la créativité sont attendues. Les résultats de recherche garantissent un réservoir d’innovations. Plan Art de l’Ingénieur La place des S2I en CPGE Supports Multiplexage Compétences développées Alterno-démarreur Organisation de la formation Véhicule hybride Combustion Conclusion Sources : Hors Série Science et Vie

7. La place des S2I en CPGE Pôle Scientifique Sciences Humaines Maths Physique/Chimie S2I Langues Français Les Classes Préparatoires Scientifiques Plan Art de l’Ingénieur La place des S2I en CPGE Supports OBJECTIFS («extraits des programmes des filières PSI-MP») « L'enseignement des S2Ipermet d'aborder avec méthode et rigueur l'analyse de réalisations industrielles. » Il s’appuie sur « l’acquisition des connaissances de bases » (systémiques et disciplinaires) et d’une « culture technologique ». Par l’analyse de « cas concrets complexes », les S2I participent à développer les « compétences » des futurs ingénieurs. Compétences développées Organisation de la formation Conclusion

8. Les supports en S2I Médical Production Centrale Supélec 2003 Ligne d’imprimerie Polytechnique 2004 Correction de la myopie par Ladarvision Robotique Transport,… Mines-Ponts 2004 CCP 2003 Robot de pose de fibres optiques Phare à correction de portée automatique • Systèmesmanufacturés , répondant au besoin d’un client • Domaines d’application riches et variés Plan • Systèmes pluri technologiques et complexes Art de l’Ingénieur La place des S2I en CPGE Supports Compétences développées Organisation de la formation Conclusion

9. Les supports en S2I Analyse système • Chaîne d’Énergie : • Mécanique des solides indéformables • Résistance des matériaux • Conversion, Transmission de puissance Matière d’Œuvre + Valeur Ajoutée Matière d’Œuvre • Champs disciplinaires développés en S2I Plan Art de l’Ingénieur • Chaîne d’Information : • Systèmes combinatoires et séquentiels • Systèmes Linéaires Continus Invariants • Acquisition, Traitement et Communication Opérateur ou PC Informations Liaisons PC La place des S2I en CPGE Supports Compétences développées Organisation de la formation Conclusion

10. Compétences Développées en S2I Cahier des charges Réel Hypothèses Modèles Ecart COMMUNIQUER Calculs Simulations Validation Non Oui Problématique Plan A partir d’un système industriel existant , dont le cahier des charges fonctionnel est fourni, il s’agit d’être capable de : Art de l’Ingénieur • ANALYSER le système • VALIDER • Modéliser et formuler des hypothèses • Calculer et/ou simuler, • Interpréter, critiquer les résultats. La place des S2I en CPGE Supports Compétences développées Organisation de la formation Conclusion IMAGINER des solutions

11. Compétences Développées en S2I Repérer les points de raccordement Robot + caméra Mettre en place les brides de fixation Déplacer le robot Moto-réducteur + essieux Positionner le robot Asservissement de position Fixer les gaines sur les brides Robot + tête de fixation Analyser • S’approprier la complexité d’un système technique industrialisé. Plan Art de l’Ingénieur La place des S2I en CPGE Installer des fibres optiques dans une canalisation souterraine Supports Compétences développées Organisation de la formation Conclusion

12. Compétences Développées en S2I Schéma cinématique partiel du système d’orientation du phare Analyser CCP 2003 • Choisir un point de vue et utiliser un modèle de description adapté, normalisé. Plan Art de l’Ingénieur La place des S2I en CPGE Supports Compétences développées Organisation de la formation Conclusion

13. Compétences Développées en S2I Au démarrage A l’arrêt Extrait du cahier des charges norme X – 50 - 151 Valider Plan Art de l’Ingénieur CCS 2005 La place des S2I en CPGE Problématique Déterminer la relation entre l’inclinaison du conducteur et l’accélération du Segway® pour vérifier les performances du cahier des charges Supports Compétences développées Organisation de la formation Conclusion

14. Compétences Développées en S2I • Hypothèses • Déplacement en ligne droite • Problème plan • Linéarisation du modèle dynamique autour du point de fonctionnement Régulation et Stabilisation Valider Plan • Modéliser Art de l’Ingénieur La place des S2I en CPGE Supports Compétences développées Organisation de la formation Conclusion

15. Compétences Développées en S2I • Calculer Régulation parfaitement réalisée : simplification de la relation dynamique • Interpréter Cahier des Charges respecté Commande avant arrière identique à celle de la marche à pied Valider Plan Art de l’Ingénieur La place des S2I en CPGE Supports Compétences développées Organisation de la formation Conclusion

16. Compétences Développées en S2I Mines 2003 Funitel (télécabine à 2 câbles) Valider Plan • Problématique • Etude du contrôle de la vitesse de déplacements entre les gares. • Choix du système de commande afin de respecter les critères de stabilité, précision, tenue du moteur Art de l’Ingénieur La place des S2I en CPGE Supports Compétences développées Organisation de la formation Conclusion

17. Compétences Développées en S2I Action du vent Image de la consigne (V) Tension de commande (V) + Vitesse des cabines (m/s) Consigne de Vitesse (m/s) Ensemble mobile - Correcteur Afficheur Mesure de la vitesse (V) Capteur de vitesse Mines 2003 Funitel (télécabine à 2 câbles) Valider • Modéliser Plan • Hypothèses et données • Modèles linéaires continus et invariants Art de l’Ingénieur • Les équations de comportement du moteur à courant continu, des capteurs sont fournies. • Les résultats sur une étude énergétique (Partie 1 du sujet) sont utilisés La place des S2I en CPGE Supports Compétences développées Organisation de la formation Conclusion

18. Compétences Développées en S2I Action du vent Tension de commande (V) Vitesse du vent (m/s) + Vitesse des cabines (m/s) Ensemble mobile - - + Vitesse des cabines (m/s) Tension de commande (V) kc kv Mines 2003 Funitel (télécabine à 2 câbles) Valider • Modéliser Plan • Hypothèses et données • Modèles linéaires continus et invariants. Art de l’Ingénieur • Les équations de comportement du moteur à courant continu, des capteurs sont fournies. • Les résultats sur une étude énergétique (Partie 1 du sujet) sont utilisés. La place des S2I en CPGE Supports Compétences développées Organisation de la formation Conclusion

19. Compétences Développées en S2I Mines 2003 Funitel (télécabine à 2 câbles) Valider • Simuler Plan Art de l’Ingénieur La place des S2I en CPGE • Interpréter/critiquer Supports Le système de commande est fixé vis à vis du cahier des charges, Les paramètres sont réglés afin de respecter au mieux les performances attendues. Compétences développées Organisation de la formation Conclusion

20. Compétences Développées en S2I Mines 2003 Funitel (télécabine à 2 câbles) Imaginer Plan • Proposer, en se limitant à une représentation schématique, des modifications de solutions constructives. Art de l’Ingénieur • Problématique • Concevoir un mouflage (enroulement de câble) conduisant à un seul câble. La place des S2I en CPGE Supports Compétences développées Solution avec deux câbles Solution avec un câble Organisation de la formation Analyse comparative • Pas de probleme de synchronisation des vitesses des deux brins de cables • Tension uniforme dans les deux brins de cables Conclusion

21. Organisation de la formation • Acquérir des savoirs être • Faire preuve d’initiative et de créativité • Découvrir les domaines industriels et de la recherche • Communiquer TIPE Les enseignements sont organisés par centres d’intérêt Plan Cours Acquérir et structurer savoirs et savoir-faire Savoirs Compétences Solutions Techniques Art de l’Ingénieur La place des S2I en CPGE Supports Travaux Pratiques Travaux Dirigés Compétences développées Appliquer ces connaissances sur une problématique Organisation de la formation Conclusion

22. Organisation de la formation Imaginer • Imaginer de nouvelles solutions • Imaginer des modifications de solutions LES TP en S2I Communiquer Analyser Valider • Modéliser • Identifier • Élaborer une démarche de validation d’un modèle • Élaborer une démarche de vérification d’une performance • Calculer ou simuler • Interpréter des résultats • Synthétiser • Structurer • Choisir le langage adapté • Utiliser les schémas de la communication technique • S’approprier • Décrire • Expérimenter • Manipuler • Démonter • Mesurer • Configurer Activités élèves Les travaux pratiques (30 à 50% du temps de la formation) Plan • Lieu privilégié d’acquisition • des compétences • de la culture de solutions Art de l’Ingénieur La place des S2I en CPGE Supports Compétences développées Organisation de la formation Conclusion

23. Organisation de la formation Mors de tirage Pupitre de commande Corde Pinces Berceau Berceau et pinces Mécanisme de tension Illustration :cordeuse de raquettes SP55 Plan Art de l’Ingénieur La place des S2I en CPGE Supports Compétences développées Organisation de la formation Conclusion

24. Organisation de la formation FT52 : Guider les pinces par rapport au bâti Liaisons Pinces/Bâti FT53 : Bloquer les pinces par rapport au berceau Liaisons Pinces/Bâti Griffes FS5 : Maintenir la tension FT51 : Serrer la corde Problématique Juger de la pertinence de la solution du maintien en tension de la corde Plan Art de l’Ingénieur La place des S2I en CPGE Analyser Supports Compétences développées Organisation de la formation • S’approprier la solution proposée Conclusion

25. Organisation de la formation 200 N 150 N Phase de mise en tension Phase de maintien en tension par la pince Analyser Plan • Elaborer un protocole expérimental • Interpréter les résultats de mesure • Conclure Art de l’Ingénieur La place des S2I en CPGE Valider Supports Lieu de maintien Compétences développées • Décrire la solution proposée en proposant des modèles de liaisons • Acquérir une culture de solutions • Interpréter les mobilités autorisées par le modèle Organisation de la formation Conclusion

26. Organisation de la formation H>Hmin 1 D A B L 2 Valider Plan Maintien en tension Art de l’Ingénieur • Hypothèses • Liaison avec jeu • Contacts ponctuels • Lois de comportement de Coulomb La place des S2I en CPGE Supports Compétences développées Organisation de la formation • Formuler des hypothèses • Modéliser et calculer • Valider le modèle de comportement par rapport au réel • Valider ou non la performance Conclusion

27. Organisation de la formation Blocage par arc-boutement Blocage mécanique sans jeux Amélioration de la pertinence de la solution • Bonne précision (pas de jeux fonctionnels) • Grande maniabilité • Coût plus important • Faible précision (présence de jeux fonctionnels) • Maniabilité difficile • Faible coût Valider/imaginer Plan Art de l’Ingénieur La place des S2I en CPGE Supports Compétences développées Organisation de la formation • Discuter de la pertinence de la modification d’une solution Conclusion

28. Conclusion Les Écoles d’Ingénieur Les Sciences Industrielles pour l’Ingénieur participent à la constitution du socle de savoirs et de compétences scientifiques et technologiques nécessaires pour les Écoles d’Ingénieur C P G E Systèmes industriels pluri technologiques complexes et innovants Cahier des charges Supports du laboratoire Mesures et réponses Modèles – Calculs Simulations Plan Art de l’Ingénieur La place des S2I en CPGE Supports Compétences développées Organisation de la formation Conclusion