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Programme pédagogique de mécatronique Partie I/III Formation professionnelle /

Programme pédagogique de mécatronique Partie I/III Formation professionnelle / Technicien qualifié Auteur : Prof. Dr.- Ing. Johannes Steinbrunn Université des Sciences Appliquées Kempten, Allemagne Illustrations : Doris Schwarzenberger Maquette : 20.12.2005, Maggie Schwarz © Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf/Allemagne, 2005, Site web : www.festo-didactic.com Courriel : did@festo.com La copie, la distribution et l’utilisation de ce document, ainsi que la communication de son contenu à des tiers sans autorisation expresse sont interdites. Les contrevenants seront passibles du paiement de dommages et intérêts. Tous droits réservés, en particulier le droit d'utiliser brevet, maquette, ou l’enregistrement de la conception graphique. © Festo Didactic GmbH & Co. KG • Formation professionnelle / Technicien qualifié en mécatronique 3 Programme d’enseignement de la mécatronique Les limites de l’ingénierie classique sont devenues indiscernables avec l’avènement des nouvelles technologies de l’information et des sciences informatiques. Cela est d’autant plus vrai dans les domaines de la mécanique et de l’électronique où les applications actuelles consistent en une combinaison de ces deux disciplines. La technologie a élargi le domaine de l’électromécanique en donnant naissance à des spécialités interdisciplinaires telle que la mécatronique. Génie relativement nouveau, la mécatronique intègre la mécanique et l’électronique, s’appuyant sur l’usage intensif de l’informatique et utilisant une approche multidisciplinaire dans le but de concevoir des systèmes de production. De nos jours, les systèmes d’ingénierie, mettant en jeu diverses disciplines, nécessitent des ingénieurs multidisciplinaires capables de s’adapter aux différents systèmes. Aussi, les ingénieurs et les techniciens exerçant dans le domaine de la mécatronique n’échappent-ils pas à cette règle. De plus en plus d’industries de haute technologie délocalisent la fabrication et l’assemblage dans les pays émergents, si bien que la demande en main d’œuvre et en techniciens qualifiés est en constante augmentation. Cependant, les systèmes éducatifs et de formation professionnelle dans plusieurs de ces pays sont loin d’être en mesure de relever les défis industriels d’avenir dans le domaine de la mécatronique. l’ISESCO et Festo Didactic Allemagne se sont rendu compte de l’inadéquation qui existe entre les demandes industrielles et le savoir transmis dans le domaine de la mécatronique aux différents niveaux de l’enseignement, et se sont engagés, d’une part, à élaborer une série de programmes d’enseignement destinés à répondre aux besoins en ressources humaines dans le domaine de la mécatronique et à contribuer, d’autre part, à la création d’excellentes opportunités dans les domaines de l’industrie. Les programmes d’enseignement en mécatronique intitulés « enseignement professionnel/ études de technicien/ études de licence » font partie de la série de programmes d’enseignement de la mécatronique, destinés à établir la structure principale du système mécatronique, la prévision des besoins d’enseignement actuels et futurs, une évaluation générale des modules nécessaires avancés, les besoins en équipements de laboratoires et enfin, les critères d’entrée et l’évaluation en fin de formation. Le programme d’enseignement se base sur l’acquisition d’une expérience pratique en formation professionnelle et sur les opportunités de placement dans le secteur industriel à travers l’implication dans divers projets internationaux. Avant-propos Avant-propos 4 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • Formation professionnelle / Technicien qualifié en mécatronique Nous espérons que cette série de programmes d’enseignement contribuera à la promotion de l’intégration de la mécatronique dans les systèmes d’enseignement et de formation professionnelle dans les Etats membres de l’ISESCO et facilitera l’accès des instituts de formation aux données et aux résultats scientifiques actualisés à même d’établir un environnement pédagogique moderne. Dr. Abdulaziz Othman Altwaijri Theodor Niehaus Directeur General, ISESCO Directeur General Organisation islamique pour l’Education, Festo Didactic GmbH & Co. KG les Sciences et la Culture, Maroc Allemagne © Festo Didactic GmbH & Co. KG • Formation professionnelle / Technicien qualifié en mécatronique 5 Introduction__________________________________________________________ 6 Structure d'un système mécatronique_____________________________________ 7 Formation en mécatronique _____________________________________________ 8 Programme pédagogique ______________________________________________ 10 1. Bases requises pour le cours régulier [étudiants] _____________________ 10 2. Bases requises pour la Formation continue___________________________ 11 3. Matières du cours régulier _______________________________________ 11 4. Programme d'étude suivant les modules du chapitre 3_________________ 16 5. Modules pour la Formation continue _______________________________ 30 6. Laboratoires et équipement pour le cours régulier ____________________ 37 7. Conditions d’admission _________________________________________ 39 8. Examens sur les matières ________________________________________ 39 Proposition d’équipement pour un centre de mécatronique __________________ 40 Table des matières 6 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • Formation professionnelle / Technicien qualifié en mécatronique La mécatronique est devenue une matière-clé pour beaucoup de produits et processus divers. Les systèmes modernes ont atteint un tel niveau de sophistication qu’il aurait été difficile d’imaginer l’utilisation des méthodes traditionnelles. La mécatronique intègre les domaines classiques de l’ingénierie mécanique, électrique, informatique et de la technologie de l'information [cf Fig.1] pour établir les principes de base d’une méthodologie contemporaine de conception de l’ingénierie. Un secteur de concentration de la mécatronique dans le programme d'études techniques devrait favoriser l'intégration synergique de la mécanique de précision, des commandes électroniques et des systèmes d’intelligence artificielle dans la conception, la mise en marche, l’exploitation, la maintenance et la réparation des produits et des processus "intelligents". L'importance de la mécatronique ira encore en grandissant en raison de la demande du consommateur, ce qui produira d'excellentes opportunités d'emploi pour les ouvriers, les techniciens et les ingénieurs qualifiés. En conséquence, plusieurs instituts de formation professionnelle et de technologie dans le monde entier ont adopté de nouveaux programmes d'études de mécatronique afin d’offrir les cours appropriés. Fig.1: Composants principaux de la mécatronique Introduction Mécatronique Informatique Electromécanique Génie mécanique Mécanique Electrotechnique / Electronique Superviseurs de micro-ordinateurs CAO/FAO © Festo Didactic GmbH & Co. KG • Formation professionnelle / Technicien qualifié en mécatronique 7 Il est important de préciser qu'un système mécatronique est clos et 'intelligent'. Il a donc besoin de capteurs pour mesurer les valeurs physiques et d’actionneurs pour intervenir sur les grandeurs physiques d'un processus physique/technique. La question essentielle est comment y intervenir, et cette tâche est effectuée dans un ordinateur par un logiciel. La structure générale d'un système mécatronique est donnée par la fig. 2. De cette structure apparaît clairement le contenu essentiel pour une formation professionnelle. Fig. 2: Structure de principe d'un système mécatronique Les processus physiques / techniques sont définis en fonction de l'environnement industriel. Il peut s’agir de processus chimiques, électriques, biologiques, etc. Dans le cas présent, il s’agit de processus mécaniques, qui prévalent dans la vie quotidienne. Les exemples en sont les robots, les machines-outils, les équipements automobiles, les dispositifs optiques et médicaux, les équipements de fabrication, les machines d’emballage, les machines à insérer les composants, les appareils électroniques grand public, etc. Structure d'un système mécatronique Intervention manuelle (urgence) L’homme Ordinateurs pour traitement de l’information Processus physiques / techniques Alarme (optique, acoustique) Actionneurs (intervention) Capteurs (mesures) 8 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • Formation professionnelle / Technicien qualifié en mécatronique Les capteurs mesurent des valeurs physiques comme la température, la pression, les tensions, les distances, etc. et les traitent électroniquement. Les actionneurs conservent ou changent les états du processus et interviennent par des dispositifs comme les commandes électriques, les semi-conducteurs, les commutateurs, les vannes pneumatiques ou hydrauliques, etc. Les ordinateurs sont respectivement des appareils autonomes ou des microprocesseurs à simple puce et des systèmes superviseurs de micro-ordinateurs, qui tournent avec des programmes informatiques sophistiqués. Néanmoins l’homme subsiste. Il est le facteur présentant le plus de risque dans la structure, suivant la Fig. 2, mais demeure nécessaire, car il est le seul élément qui puisse prendre les bonnes décisions dans un état exceptionnel du processus. Les explications ci-dessus démontrent les qualités nécessaires pour les employés travaillant dans le domaine de la mécatronique. Ils ont besoin de connaissances interdisciplinaires sur les matières essentielles dans ce domaine basé sur la théorie exigée dans les disciplines techniques fondamentales afin de fabriquer, assembler, vendre et surtout offrir aux clients un service de haute qualité. Toutefois, ceci inclut également la maintenance et la réparation bien organisée pour une large gamme de produits et d'équipements mécatroniques à succès. Dans cette perspective, le contenu d'un « cours de mécatronique » sanctionné par un diplôme de technicien qualifié peut être clairement défini comme suit : 1. Des connaissances fondamentales en • Mathématiques • Physique • Génie mécanique et mécanique • électrotechnique et électronique • Technologie des matériaux Afin de comprendre, assembler et faire marcher les produits mécatroniques, et pour mesurer et agir sur leur rendement. Il est également important d’avoir des connaissances fondamentales en ingénierie informatique, c.-à-d. en programmation avec un langage évolué, et pouvoir faire un bon usage des ordinateurs comme outils très utiles pour résoudre les problèmes techniques. 2. Des connaissances approfondies en • Systèmes d'automatique / et de commande • Etudes informatiques [Technologies API] • Systèmes mécatroniques • Technologies de fabrication • Maintenance et service Pour pouvoir analyser et évaluer des produits mécatroniques donnés, et afin d’entretenir et réparer les dispositifs et les équipements de façon fiable et rentable. Formation en mécatronique Formation en mécatronique © Festo Didactic GmbH & Co. KG • Formation professionnelle / Technicien qualifié en mécatronique 9 3. Travail de laboratoire sur différents thèmes relatifs aux 1. Et 2. Il est de la plus haute importance d’effectuer des expériences guidées uploads/Industriel/ partie-1-mecatronique 1 .pdf