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AIX-MARSEILLE UNIVERSITÉ UNIVERSITÉ MOHAMMED V – RABAT Thèse pour obtenir le gr

AIX-MARSEILLE UNIVERSITÉ UNIVERSITÉ MOHAMMED V – RABAT Thèse pour obtenir le grade de Docteur d’Aix-Marseille Université Docteur de l’Université Mohammed V de Rabat Spécialité : Sciences de l'Ingénieur présentée et soutenue publiquement par Mourad ABOUELALA Évaluation des outils de modélisation et de simulation dans le domaine de l’enseignement de la fabrication mécanique. (Cas des logiciels de la FAO) Sous la co-direction de Pascale Brandt-Pomares Et Mourad TAHA JANAN Soutenue le 16 Octobre 2015 Devant le jury M. Abdellah EL GHARAD (Président) M. Mohamed AGOUZOUL (Rapporteur) M. Mario COTTRON (Rapporteur) M. Jacques GINESTIÉ (Rapporteur) M. Pascale BRANDT-POMARES (Co-directrice de thèse) M. Mourad TAHA JANAN (Directeur de thèse) Année 2015 Remerciements Cette thèse doit en partie son aboutissement au soutien et aux encouragements de nombreuses personnes. Je les en remercie toutes très sincèrement. Mes remerciements s’adressent en premier lieu à Madame Pascale Brandt-Pomares, à Monsieur Jacques Ginestié et à Monsieur Mourad. Taha Janan. Monsieur Taha Janan m’a permis de me mettre sur la voie de la recherche et m’a aidé énormément dans l’accomplissement de ce travail Il était toujours confiant en la réalisation et l’aboutissement de cette thèse, c’était important pour moi. Madame Brandt-Pomares qui, par son soutien, ses précieux conseils ainsi que par l’encadrement de travail m’a permis de parvenir au bout du long tunnel que représente la thèse. Je remercie également M. Mohamed Agouzoul et M. Mario Cottron de l’intérêt qu’ils ont témoigné à ce travail en acceptant d’être rapporteurs, ainsi que M. Jacques Ginestié et M. Abdellah El Gharad d’avoir acceptés de faire partie du jury. Je remercie aussi tous les membres des deux équipes, celle de Gestepro et l’équipe de LM2PI de l’ENSET de Rabat à laquelle j’appartiens de leur soutien pendant la réalisation de cette thèse. Je remercie très sincèrement ceux qui ont participé à ce travail, des professeurs, des collègues et les étudiants. Un grand merci à mes parents, ma femme, mes enfants, mes frères et amis. ii Résumé Les outils de simulation sont des moyens pour faciliter la mise en place d'une production sur les Machines Outil à Commande Numérique, ces outils sont devenus très courants dans l'industrie et, par conséquent, dans l'éducation. Plusieurs problèmes importants émergent, telles que des questions d’ordre pédagogique, des aspects liés à l’ergonomie des interfaces, le coût d'acquisition de l'équipement et d'adaptabilité des étudiants aux multitudes de logiciels de fabrication assistée par ordinateur, de ce fait le problème de la sélection du logiciel est soulevé dans l'éducation afin d'assurer une efficacité des processus d'enseignement et d'apprentissage des étudiants. Cette thèse est conduite dans l’objectif d’étudier une méthodologie pour sélectionner un logiciel de FAO qui pourrait être efficace en tant que support d’apprentissage de la FAO en premier cycle des universités techniques, des écoles d’ingénieurs et autres établissements similaires. Les facteurs déterminants l’efficacité des étudiants utilisant un logiciel dans leurs apprentissages de la FAO ont été déduits du cadre théorique de la thèse qui s’est basé sur la théorie de l’activité. Cette théorie prend en considération le contexte global de cette activité d’enseignement-apprentissage de la FAO à savoir l’étudiant, l’artefact, le professeur, l’établissement et la communauté des éditeurs de logiciels. Outre l’élaboration d'un questionnaire qui était une étape importante, la détermination des principaux facteurs influençant l’activité d’enseignement-apprentissage de la FAO et leurs items et leurs relations, le traitement statistique des données recueillies à travers les réponses d’un échantillon de 50 étudiants ont été élaboré dans le but de confirmer nos hypothèses sur les principaux critères d'évaluation de logiciel de simulation en éducation. iii Abstract Simulation tools as means to facilitate setting up a production have become very common in industry and, therefore, in education. Among several significant problems, like pedagogical issues, the cost of equipment acquisition and the adaptability of students to the multitude of Computer-Aided Manufacturing, it is raise in education the problem of selecting software in order to ensure maximum effectiveness of teaching process and students learning. This research study was designed to investigate a methodology to select CAM software that could be effective as a support of CAM learning in university, taking into account different features of CAM learning. We determine the student effectiveness in learning factors of CAM software and further, determine the relationship between the different main factors. The research was conducted using a questionnaire submitted to 50 students attending the second academic year of Mechanical Design and Production. The study provides results from empirical test of these relationships and provides criteria for evaluation simulation of software in education. iv Table des matières Remerciements ............................................................................................................................ i Table des matières ..................................................................................................................... iv Liste des figures ...................................................................................................................... viii Liste des tableaux ....................................................................................................................... x Liste des abréviations ................................................................................................................ xi Introduction ................................................................................................................................ 1 Chapitre 1 Évolution de l’industrie de production des pièces mécaniques par usinage............. 6 1.1 Introduction ...................................................................................................................... 6 1.2 Description de l’évolution de l’industrie de production des pièces mécaniques par usinage. ................................................................................................................................... 6 1.3 Histoire du développement de la commande numérique .................................................. 8 1.4 Types de machines CNC .................................................................................................. 9 1.4.1 Centres d’usinage ....................................................................................................... 9 1.4.2 Centres de tournage .................................................................................................. 11 1.5 Commande Numérique Directe (DNC) .......................................................................... 12 1.5.1 Objectifs de la DNC ................................................................................................. 13 1.5.2 Intégration du système CAO/FAO avec DNC ......................................................... 14 1.5.3 Commande numérique distribuée ............................................................................ 15 1.6 Élaboration de programmes CNC à l’aide d’un logiciel de Fabrication Assistée par Ordinateur : ........................................................................................................................... 15 1.6.1 Besoin de produire de grands programmes .............................................................. 16 1.6.2 Développement de la fabrication assistée par ordinateur ........................................ 16 1.6.3 Les étapes de création d'un programme en code G à l'aide d'un logiciel FAO ........ 18 1.7 Principales tâches à effectuer par les étudiants utilisant le logiciel de FAO .................. 21 v 1.8 Étapes de travail de l’étudiant pour la generation du code G d’une pièce étudiée ......... 22 1.9 Conclusion ...................................................................................................................... 32 Chapitre 2 Problématique relative à l’enseignement de la FAO .............................................. 34 2.1 Cadre théorique ............................................................................................................... 34 2.2 Questions de recherche ................................................................................................... 36 2.3 Pratiques d'enseignement de la FAO .............................................................................. 36 2.4 Conclusion ...................................................................................................................... 39 Chapitre 3 : Les modèles d’apprentissage et notion de tâches. ................................................ 41 3. 1 Les modèles d’apprentissage ............................................................................................. 41 3.1.1 Approche behaviouriste ................................................................................................... 41 3.1.2 Approche cognitiviste: ................................................................................................. 42 3.1.3 Approche constructiviste: ............................................................................................ 43 3.1.4 Approche socioconstructiviste : ................................................................................... 43 3.2 Notion et description de tâche et d’action : ........................................................................ 51 3.2.1 La tâche : définition générale ...................................................................................... 51 3.2.2 Les composantes des situations d’actions ................................................................ 52 3.2.3 La tâche prescrite ..................................................................................................... 55 3.3 L’activité ............................................................................................................................ 56 3.3.1 Activité et tâche prescrite. ........................................................................................ 56 3.3.2 Activité et tâche effective. ....................................................................................... 58 3.3.3. Élaboration de l’activité et tâche effective. ............................................................. 59 3.4 L’analyse des situations .................................................................................................. 59 3.5 Identification des tâches prescrites, des activités et des actions dans le cas de la FAO citée précédemment : ............................................................................................................ 61 3.6 Conclusion .......................................................................................................................... 67 vi Chapitre 4 La théorie de l’action & la théorie de l’activité ...................................................... 69 4.1 Introduction à la théorie de l’action ................................................................................... 69 4.2 Action située ....................................................................................................................... 69 4.3 La théorie de l’action appliquée dans le cas de l’interaction étudiant avec le logiciel FAO ...................................................................................................................................... 71 4.4 Introduction à La théorie de l’activité ............................................................................ 73 4.4.1 Modélisation de l'interaction de l’Etudiant avec un logiciel FAO dans un contexte d'éducation: ....................................................................................................................... 73 4.4.2 Le modèle d’Engeström ........................................................................................... 76 4.5 Application de la théorie de l’activité à l’interaction étudient/logiciel dans le cadre de l’apprentissage de la FAO .................................................................................................... 80 4.6 Catégorisation des critères d’évaluation déduites du modèle de la TA ............................. 82 4.7 Conclusion .......................................................................................................................... 86 Chapitre 5 : Techniques d'évaluation des logiciels .................................................................. 89 5.1 Introduction ........................................................................................................................ 89 5.2 Méthodes d’évaluation centrés sur l’évaluation de l’utilisabilité ...................................... 91 5.3 Méthodes, techniques et outils d’évaluation des systèmes interactifs ............................ 99 5.3.1 Approches centrées sur l’utilisateur ....................................................................... 100 5.3.2 Approche empirique de diagnostic d’usage ........................................................... 100 5.3.3 Questionnaire d’utilisation ..................................................................................... 100 5.4 Conclusion : .................................................................................................................. 103 Chapitre 6 : Le processus de recherche et résultats statistiques ............................................. 104 6.1 Introduction ...................................................................................................................... 104 6.2 Echantillonnage : .......................................................................................................... 105 6.3 Conception du questionnaire ........................................................................................ 107 6.3.1 Elaboration des questions....................................................................................... 107 vii 6.4 Les facteurs du questionnaire des étudiants et leurs items : ......................................... 108 6.5 Description des variables et de leurs modalités ............................................................ 112 6.6 Analyse exploratoire : ................................................................................................... 112 6.7 Analyse de la fiabilité des facteurs : ............................................................................. 116 6.8 Statistique descriptive : ................................................................................................. 118 6.9 Jugement de l’efficacité du logiciel FAO selon les différents critères ......................... 122 6.9.1 Analyse de partitionnement des données ............................................................... 122 6.9.2 Jugement de l’efficacité du logiciel FAO selon le premier critère ........................ 122 6.9.3 Jugement de l’efficacité du logiciel FAO selon deuxième ; troisième, quatrième et cinquième critères ........................................................................................................... 123 6.9.4 Analyse de régression multiple des critères liés au logiciel et l’efficacité de l’apprentissage des étudiants ........................................................................................... 125 6.9.5 Analyse en composantes principales (ACP) .......................................................... 127 6.10 Rôle du professeur dans le contexte globale d’enseignement de la FAO .................. 129 Le modèle TPCK appliqué au cas de l’apprentissage de la FAO ................................... 130 6.11 Jugement du professeur sur l’efficacité ...................................................................... 134 6.12 Conclusion .................................................................................................................. 136 Conclusions et perspectives ................................................................................................... 139 Bibliographie .......................................................................................................................... 142 Annexes .................................................................................................................................. 149 viii Liste des figures FIGURE uploads/Industriel/ abouelala-5804838c2c71a-th.pdf