21 ème Congrès Français de Mécanique Bordeaux, 26 au 30 août 2013 1 Le squelette fonctionnel, le liant des enseignements techniques en IUT V.Blanchard a a. IUT GMP Bordeaux1, 15 rue Naudet CS10207, 33175 Gradignan cedex Résumé : La conception est la discipline qui regroupe tous les enseignements techniques et scientifiques. Les étudiants 1 doivent mobiliser des apprentissages pour lesquels ils n’ont pas de recul sur un laps de temps assez réduit. La réponse au besoin de l’étude de conception d’un coté et la quantité de connaissances très importante à mobiliser d’un autre coté bloquent les étudiants. Ils se retrouvent très vite perdus, ne sachant pas comment commencer l’étude. L’objectif de cet article est de proposer une méthodologie permettant d’amener l’étudiant ou le groupe d’étudiants à fournir une solution technologique fonctionnelle répondant à un cahier des charges. Abstract : The design is the discipline which concentrates all the technical and scientific educations. The students have to mobilize learnings for which they have no maturity on a short duration, the duration of the study of design. The answer to the needs for the study of design on one side and the quantity of information, knowledge to be mobilized, very important on the other hand block the students and they find themselves very fast lost, not knowing how to begin the study. The objective of this article is to propose a methodology allowing to bring the student or the group of students to supply a functional technology solution answering a need or a specifications. Mots clefs: conception, CAO, squelette fonctionnel, pédagogie, méthodologie, modeleur 3D, feuille de calculs 1 Recentrage des objectifs La solution finale totalement aboutie en réponse à une problématique souvent générale de conception ne peut pas être objectivement demandée. Aussi, la solution à notre problème sera attendue en termes de solutions techniques fonctionnelles. Ceci pouvant servir de base pour les enseignements métiers 2 . Dans ce cas là, la conception est repositionnée dans le processus d’apprentissage. Ce n’est plus une finalité mais un commencement. Les pièces définies fonctionnellement seront alors réutilisées pour une définition plus aboutie lors des apprentissages de fabrication ou analysées lors des apprentissages de métrologie. 2 L’organisation de la pensée, la structuration du travail Le besoin est la plupart du temps exprimé en termes de fonctions. L’analyse fonctionnelle nous donne une discrétisation du besoin en fonctions techniques à concevoir. Le travail de conception, au sens enseignement IUT, commence alors. Par soucis de continuité et de logique intellectuelle, toute l’étude de conception se fera dans la maquette numérique. Il y a deux intérêts à regrouper le travail sur un même support numérique : - Cela rassure les étudiants et le syndrome de la « page blanche » est vite évacué. 1 IUT GMP de Bordeaux1 (première et deuxième année) 2 Fabrication, production et industrialisation
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21ème
Congrès Français de Mécanique Bordeaux, 26 au 30 août 2013
1
Le squelette fonctionnel, le liant des enseignements
techniques en IUT
V.Blancharda
a. IUT GMP Bordeaux1, 15 rue Naudet CS10207, 33175 Gradignan cedex
Résumé :
La conception est la discipline qui regroupe tous les enseignements techniques et scientifiques. Les
étudiants1 doivent mobiliser des apprentissages pour lesquels ils n’ont pas de recul sur un laps de
temps assez réduit. La réponse au besoin de l’étude de conception d’un coté et la quantité de
connaissances très importante à mobiliser d’un autre coté bloquent les étudiants. Ils se retrouvent très
vite perdus, ne sachant pas comment commencer l’étude.
L’objectif de cet article est de proposer une méthodologie permettant d’amener l’étudiant ou le
groupe d’étudiants à fournir une solution technologique fonctionnelle répondant à un cahier des
charges.
Abstract :
The design is the discipline which concentrates all the technical and scientific educations. The
students have to mobilize learnings for which they have no maturity on a short duration, the duration
of the study of design. The answer to the needs for the study of design on one side and the quantity of
information, knowledge to be mobilized, very important on the other hand block the students and they
find themselves very fast lost, not knowing how to begin the study. The objective of this article is to
propose a methodology allowing to bring the student or the group of students to supply a functional
technology solution answering a need or a specifications.
Mots clefs: conception, CAO, squelette fonctionnel, pédagogie, méthodologie, modeleur 3D,
feuille de calculs
1 Recentrage des objectifs
La solution finale totalement aboutie en réponse à une problématique souvent générale de conception
ne peut pas être objectivement demandée. Aussi, la solution à notre problème sera attendue en termes
de solutions techniques fonctionnelles. Ceci pouvant servir de base pour les enseignements métiers2.
Dans ce cas là, la conception est repositionnée dans le processus d’apprentissage. Ce n’est plus une
finalité mais un commencement. Les pièces définies fonctionnellement seront alors réutilisées pour
une définition plus aboutie lors des apprentissages de fabrication ou analysées lors des apprentissages
de métrologie.
2 L’organisation de la pensée, la structuration du travail
Le besoin est la plupart du temps exprimé en termes de fonctions. L’analyse fonctionnelle nous donne
une discrétisation du besoin en fonctions techniques à concevoir. Le travail de conception, au sens
enseignement IUT, commence alors.
Par soucis de continuité et de logique intellectuelle, toute l’étude de conception se fera dans la
maquette numérique. Il y a deux intérêts à regrouper le travail sur un même support numérique :
- Cela rassure les étudiants et le syndrome de la « page blanche » est vite évacué.
1 IUT GMP de Bordeaux1 (première et deuxième année)
2 Fabrication, production et industrialisation
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- Cela facilite les allers-retours entre les différentes phases du développement de l’étude (calcul,
forme, cotation, simulation).
2.1 Du cahier des charges aux principes de solutions technologiques
Prenons le cas de l’étude suivante Figure 1, réalisée en début de semestre 2.
Figure 1 - Eléments du cahier des charges servant à définir le travail à réaliser en conception
À ce stade de l’apprentissage et suivant l’avancement de l’analyse fonctionnelle, un schéma de
solutions peut commencer à apparaitre, comme présenté figure 2. On est encore loin de la définition de
la solution. Les seuls mouvements relatifs et actions mécaniques sont exprimés.
Classiquement, les étudiants sont capables de définir des schémas technologiques répondant aux
fonctions techniques. Cela met en place les composants standards (non dimensionnés) et les pièces qui
seront utilisés. Bien évidemment, au cours de la conception, ces schémas vont évoluer, mais les grands
principes de solution sont arrêtés.
Figure 2 - Schéma technologique de principe répondant au besoin
Chaque fonction technique fait référence à des points spécifiques vus lors de séquences pédagogiques
antérieures. Le choix pédagogique du support est primordial, son degré de difficulté doit être en
adéquation avec le niveau technologique des étudiants.
Ces schémas de principe peuvent alors être retranscrits en schémas technologiques dans la maquette
numérique sous forme de squelette (Figure 3) : l’ossature de la maquette numérique. C’est sur ces
FS1 : Déplacer la charge
Masse Vitesse de translation Longueur de guidage longitudinale transversale
M=500 kg V=0,25 m/s Ll=7,92 m Lt=7,32m
Maxi Maxi F0 F0
FT10 : Guider en rotation les galets
Largeur bande de roulement du rail Galet en DELRIN Module d’Young Limite élastique Coefficient de Poisson
L = 21.5 mm E = 3,5 GPa Rp 0,2 = 65 MPa u = 0,4
+/- 0,5mm F0 F0 F0 F0
FT11 : Guider en translation le chariot
Nombre de galets Empattement Longueur de passage du rail Effort résistant
4 2xDgalet 35 mm F = 50N
F0 F1 +/- 1mm +/- 10%
FT20 : Maintenir la platine
Nombre d’axes de maintien 2 F0
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schémas que le l’essentiel de l’activité de conception est concentré [1], il s’agit de remplacer le
traditionnel dessin sur table (2D) et de le réaliser sur maquette numérique.
Figure 3 - Schémas technologiques associés
au schéma de principe relatif à la fonction
technique « guider les galets en rotation »
Figure 4 - graphe des contacts associé au schéma
technologique retenu
Le schéma de principe est un outil visuel qui aide vraiment les étudiants à concevoir les liaisons et
donc l’assemblage des différents éléments (pièces ou éléments standards). Cependant le
dimensionnement des pièces n’est à ce stade pas évident pour eux. L’utilisation d’un autre outil va leur
faciliter la tâche : le graphe des contacts [3].
2.2 Du schéma de principe au pré-dimensionnement
L’essentiel du travail en conception en IUT GMP est la conception de liaisons qui débouchera sur le
dimensionnement des pièces et la définition de ces dernières.
A partir du schéma de principe et des solutions de liaisons, l’étudiant établit un graphe des contacts
comme celui représenté sur la figure 4. Ce graphe des contacts est l’outil « charnière » de toute
l’étude. En effet, c’est sur ce dernier que sont définis (Figure 5):
- Les paramètres de conception (cotes pilotant la maquette numérique). Ces paramètres peuvent
être calculés, choisis ou imposés.
- Les paramètres de calculs (grandeur permettant de quantifier les paramètres de conception).
- Les règles de conception utilisées pour calculer les paramètres de conception.
- Les conditions fonctionnelles géométriques. La condition est exprimée sur schéma puis
retranscrite sur le graphe, permettant de mettre en évidence les pièces participant à cette
condition.
- Il faudrait retrouver les termes employés précédemment comme paramètre de conception,
paramètres de calcul.
Figure 5 - Détail de la pièce « Galet ». Mise
en place des règles de conception
Figure 6 - Extrait de la feuille de calcul reprenant les
règles de conception
STB: Résister à la pression de matage
Contact galet -rail - dimensionnement à la pression de matage (cf contact linéique)
P(N) 1250 D(mm) 80 A ne pas modifier
galet largeur(mm) 20 Paramètre de conception
E(Gpa) 3,5 Delrin rail Valeur imposée
Re(Mpa) 65 E(Gpa) 200
poisson 0,4 Re(Mpa) 250
Pression de matage poisson 0,35
pression linéique (N/mm) 62,5
Croue(mm-1) 0,025
Crail(mm-1) 0
kroue 7,63944E-05
krail 1,39658E-06
b 0,881991821
Pm(Mpa) 45,11236364
Critère de résistance au matage
(0,3)Pmx2 27,06741818 OK pour le galet OK pour le rail
sécurité 2,4 9,2
STB: Guider en rotation les galets
Dimensionnement des paliers lisses - Pmax, Vmax et Pvmax
P(N) 625 L(mm) 12
Nroue(tr/min) 59,68310366 D(mm) 16
d palier lisse(mm) 14 e collerette(mm) 1
V(m/s) chariot 0,25 Type de palier Permaglide1
pression(Mpa) 3,3 Pmax(Mpa) 250 ok
Vt(m/s) 0,065625 VtMax(m/s) 2 ok
PV(Mpa.m/s) 0,2 PVMax(Mpa.m/s) 1,8 ok
Dimensionnement des paliers lisses à la durée de vie - constructeur INA