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Année universitaire 2021-2022 Institut supérieur des études technologiques de D

Année universitaire 2021-2022 Institut supérieur des études technologiques de Djerba Département Génie Mécanique Support de cours nalyse des systèmes industriels Etudiants cible : Niveau 2, L2 MI-S3, L2 MT-S3 Enseignant(e)s responsables : Mme. Olfa HELAL M. Sabeur GHZAIEL Département Génie mécanique Analyse des systèmes industriels Chapitre1. Notions d’un système technique Année universitaire 2021-2022 Chapitre 1 Notions d’un système technique PREREQUIS  Notions de technologie de construction  Notions de système technique OBJECTIFS  Connaître la structure d’un système technique industriel selon l’arrangement de ces composants  Classer les systèmes techniques  Analyser le fonctionnement et la structure d’une chaîne d’énergie  Distinguer les caractéristiques mécaniques et énergétiques des composants de base d’une chaîne d’énergie Eléments de contenu 1. Présentation d’un système technique ................................................................................................................... 3 1.1. Définition d’un système technique .............................................................................................................. 3 1.2. Frontière d’un système technique ............................................................................................................... 3 1.3. Modélisation d’un système technique ......................................................................................................... 4 1.4. Structure d'un système technique ............................................................................................................... 5 1.5. Différents types de système technique ....................................................................................................... 5 1.6. Système mécanique ..................................................................................................................................... 6 2. Analyse de la chaîne d’énergie dans un système technique ......................................................................... 7 2.1. Mise en situation .......................................................................................................................................... 7 2.2. Composantes d’une chaine d’énergie d’un système mécanique ................................................................ 8 2.3. Caractéristiques mécaniques d’une chaîne de transmission de puissance (énergie) ................................ 12 2.4. Classification des mécanismes de transmission ......................................................................................... 13 3. Exercice d’application .............................................................................................................................................. 15 Analyse des systèmes industriels Chapitre 1. Notions d’un système technique Diverses étapes récentes ont marqué l’évolution de la notion de système technique surtout avec l’avènement du machinisme au début du XIXe où on est passé de la force motrice provenant de l’homme et de l’animal à celle crée par la machine à vapeur. Depuis, la mécanique a dominé dans les systèmes techniques jusqu’au milieu du XXe siècle. Avec la naissance de la mécatronique, un système technique couvre une partie opérative toujours basée sur des notions mécaniques, mais aussi une partie commande de plus en plus complexe reflétant le choix de l’homme à limiter de plus en plus l’utilisation des solutions mécaniques et l’exploitation de l’électronique pour la gestion des systèmes techniques. A l’heure actuelle, le souci des bureaux d’étude est d’améliorer constamment les performances des systèmes conçus en optimisant leurs constituants et leurs architectures et de minimiser par la suite les causes de pannes et les coûts de la maintenance. 1. Présentation d’un système technique 1.1. Définition d’un système technique Un système technique est un ensemble structuré de constituants et de composants dont le but est la réalisation de fonctions permettant de soulager l’homme dans son activité quotidienne (automobile, robot, mélangeur, broyeur…). Un système technique est un ensemble de composants ou constituants organisé en fonction d'un but à atteindre. Il peut appartenir à différents domaines d’activité : Les industries de base (industrie chimique et sidérurgie) ; Les industries de biens d'équipement (moteur électrique, machines-outils, etc...); Les industries de biens de consommation (automobile, électroménager); Les industries de services (distribution, maintenance); Les industries de pointe (aéronautique, informatique, électronique). 1.2. Frontière d’un système technique Un système est un ensemble identifiable possédant une fonction qui évolue dans le temps et dans un environnement. Il est isolé de son environnement par une frontière fictive qui permet de limiter le champ d'étude et de définir ses relations avec le milieu extérieur. Un système technique est toujours soumis aux conditions imposées par quatre milieux ambiants qui constituent son environnement: Milieu Humain; Milieu physique; Milieu économique ; Milieu technique. Hypothèses : Dans l’intégralité de ce chapitre, les hypothèses données ci-dessous sont employées pour distinguer la frontière d’un système technique et discerner ses éléments : Un système mécanique est un ensemble structuré d’éléments ; Une pièce désigne un élément solide ou pseudo solide d’un système mécanique obtenu par fabrication ; Un composant désigne un élément ou ensemble d’éléments montés en bloc dans le système mécanique. Un composant peut n’est pas être solide. Les frontières du système et du sous-système dépendent du contexte d’étude. Analyse des systèmes industriels Chapitre 1. Notions d’un système technique - 4 - Figure.1. Frontière d’un système technique 1.3. Modélisation d’un système technique Un système industriel génère des prestations ou sorties, à partir des entrées. Il agit sur ce qu’on appelle la matière d’œuvre (M.O). La définition de cette matière d’œuvre est préalable à toute étude fonctionnelle du système est doit être faite de manière cohérente. On peut alors distinguer les systèmes par le type de matière d’œuvre sur laquelle ils agissent : Un produit ; Une énergie ; Des personnes ; Une information… Pour assurer sa fonction, un système technique rend un service en agissant sur la matière d’œuvre. On peut caractériser ce service par la valeur ajoutée (V.A) qu’il apporte à la matière d’œuvre entrante pour donner la matière d’œuvre sortante. Figure.2. Modélisation d’un système technique niveau A0 Système technique Sous-système Elément (pièce/composant) Analyse des systèmes industriels Chapitre 1. Notions d’un système technique - 5 - 1.4. Structure d'un système technique Un système technique peut être décomposé en deux parties distinctes. Une première partie du système reçoit les informations de l'opérateur ; elle commande la deuxième partie qui doit exécuter les opérations demandées. La première partie, "cerveau" du système, est appelée partie commande (P.C) et la deuxième partie est appelée partie opérative (P.O). L'interaction est assurée par des interfaces. Partie opérative : elle est constituée des moyens techniques agissant sur la matière d’œuvre (M.O) afin de lui apporter la valeur ajoutée (V.A) souhaitée. Partie commande : elle regroupe l'ensemble d’éléments permettant de traiter l'information et assurant le fonctionnement de la P.O. Interfaces : on distingue deux types d'éléments qui assurent le dialogue entre la PO et la PC : les pré-actionneurs : qui traduisent les ordres de la PC : chaîne d'action ; Les capteurs : qui captent les changements d'état de la partie opérative : chaîne d'acquisition. Figure.3. Structure d’un système technique 1.5. Différents types de système technique Selon la participation de l’homme comme utilisateur, on peut distinguer trois types de systèmes techniques : Système manuel : Dans un système manuel, l'être humain joue le rôle de la partie commande et participe, par son énergie musculaire, à la partie opérative. Exemple Cycliste et sa bicyclette, store manuel, pompe à main, perceuse manuelle… Système semi-automatique : L'être humain est intégré dans la partie commande. La partie opérative assure, seule et à partir d'une source d'énergie extérieure, la transformation de la matière d'œuvre. L'utilisateur assure la commande à l'aide d'un pupitre. Des capteurs assurent le contrôle de l'état de la partie opérative. Analyse des systèmes industriels Chapitre 1. Notions d’un système technique - 6 - Exemple Conducteur et son automobile, store électrique, pompe à moteur électrique commandé manuellement, perceuse électrique… Système automatisé La partie commande envoie ses ordres à la partie opérative en fonction d'un processus préétabli. La partie opérative assure la transformation de la matière d'œuvre et envoie des comptes rendus sur son état à la partie commande. L'homme n'intervient plus dans l'évolution du système. Le dialogue avec un tel système est réalisé par un pupitre, la partie commande est réalisée par un automate. Dans ces systèmes on peut toujours distinguer les trois parties d'un système technique : P.O, P.C et interfaces. Exemple Automobile autonome Google, Barrière automatique de parking, store automatique, machine d'usinage à commande numérique, pompe à moteur électrique commandé automatiquement… 1.6. Système mécanique Un système mécanique est le sous-système d’un système technique qui est en contact avec la matière d’œuvre, il regroupe donc l’ensemble de pièces constituant la partie opérative. La forme, le dimensionnement et le mode d’assemblage de ces pièces sont choisis pour assurer la fonction désirée par ce système. Dans un système mécanique, on peut distinguer trois familles de pièces : Les actionneurs : Dans la plupart des cas, la puissance employée (électrique, pneumatique ou hydraulique) par la partie opérative ne peut être utilisée directement pour agir sur la matière d'œuvre. Cette puissance doit être transformée : c'est la fonction des actionneurs. L'actionneur permet donc de transformer l'énergie (puissance) disponible en énergie (puissance) utile. Exemple Lampe électrique, moteur électrique, vérin hydraulique ou pneumatique. Les transmetteurs de puissance : La puissance mécanique fournie par l’actionneur ne s’adapte pas dans certain cas à la puissance utilisable au niveau de l’effecteur. Le transmetteur est un composant de la partie opérative qui permet de transmettre la puissance en modifiant ces caractéristiques (couple, vitesse) sans modifier son type. Figure.4. Structure d’un système automatisé Analyse des systèmes industriels Chapitre 1. Notions d’un système technique - 7 - Exemple Réducteur de vitesse, embrayage, frein, Les effecteurs Un effecteur convertit l'énergie reçue de l'actionneur en une opération ou un effet sur la matière d'œuvre pour lui attribuer une valeur ajoutée. Exemple Forêt de la perceuse, semelle du fer à souder, le piston d’une pompe, le tambour d’un store, les roues d’une automobile… 2. Analyse de la chaîne d’énergie dans un système technique 2.1. Mise en situation Au cours de fonctionnement d’un système technique, on peut distinguer deux chaînes de transmission : Une agit sur les flux de données, appelée chaîne d'information assurant la transmission de l’information nécessaire pour la commande du système. L'autre agit sur les flux de matières uploads/Industriel/ cours-ai.pdf