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Filière : Sciences Mathématiques Option « B » Sciences de l’ingénieur Cours et

Filière : Sciences Mathématiques Option « B » Sciences de l’ingénieur Cours et exercices Professeur : EL MIMOUNI EL HASSAN Année scolaire : 2020/2021 Avant-Propos Dans notre environnement quotidien, on utilise de plus en plus des systèmes techniques dont la complexité exige une démarche d'étude structurée. Pour aborder de tels systèmes, il faut alors un minimum de connaissances, soit une certaine culture technologique. L'enseignement des Sciences de l'ingénieur (SI) apporte alors les concepts élémentaires d’une telle culture pour approcher de tels systèmes. Il a pour objectifs de : • Contribuer à développer chez l'élève les compétences de raisonnement, de communication, d'expression, d'organisation de travail et de recherche méthodique. • Contribuer à développer chez l'élève les capacités d'auto-apprentissage. • Faire découvrir à l'élève les constituants des divers champs technologiques pour l’aider à mieux affirmer son projet personnel. L'enseignement des Sciences de l'ingénieur se base sur des produits-support qui peuvent être aussi bien de l'environnement quotidien et domestique que de l'environnement industriel. Le produit-support met en évidence principalement 3 approches : • Une approche fonctionnelle répondant à la question « A quoi sert le produit ? ». • Une approche technologique répondant à la question « Comment est construit le produit ? ». • Une approche physique répondant à la question « Comment le produit se comporte-t-il ? ». La structure de ce cours est le reflet de cet aspect pluridisciplinaire qu'offre cet enseignement. Il est conforme aux directives et programmes officiels. Il est axé principalement sur 3 modules : • Module 1 : L’analyse fonctionnelle pour l’étude de l’aspect fonctionnel d’un système. • Module 2 : La chaîne d'énergie pour l’étude de l’aspect énergétique d’un système. • Module 3 : La chaîne d'information pour l’étude de l’aspect informationnel d’un système. Chaque module est structuré en parties et chapitres pour permettre aux élèves un apprentissage progressif, qui leur facilite l'appréhension peu à peu de la pluridisciplinarité d'un système technique. En résumé, ce cours contient : • L’essentiel des connaissances à maîtriser, conformes au programme officiel. • Assez d’exercices pour l’application et la bonne préparation à l’examen de Baccalauréat. Je souhaite que ce document de travail, qui est conçu dans un esprit de partage, permette alors aux : • Elèves d’avoir un cours de plus, question de varier les ressources. • Professeurs, notamment débutants, d’avoir un cours de base qu’ils sauront certainement améliorer et enrichir, par les détails, les exercices et les applications nécessaires. • Inspecteurs pédagogiques, d’avoir une référence de plus, parmi d’autres, qui accompagne le document du programme officiel. Enfin, je rappelle qu’un travail de longue haleine est rarement le fruit du travail d’une seule personne. Ainsi, je tiens à remercier vivement et fortement tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à l'élaboration de ce modeste travail, par leurs : • Différents documents de qualité, partagés généreusement notamment sur le Web. • Explications, discussions, conseils, soutiens, etc. La partie Références n’est absolument pas exhaustive ; mais elle rend compte des principales ressources, dont le recours à elles avait une certaine constance. Et comme un travail n’est jamais parfait, alors sûrement subsisteront des erreurs, que je n’espère pas surtout d’ordre scientifique et technique ; dans le cas échéant, les lecteurs avertis sauront faire le nécessaire et ils en sont remerciés d’avance. L’auteur : EL MIMOUNI EL HASSAN Inspecteur pédagogique de Génie Electrique Sommaire Module 1 : Analyse fonctionnelle Chapitre 1 : Analyse fonctionnelle externe …………………………………………………………………….. 1 Chapitre 2 : Analyse fonctionnelle interne ……………………………………………………………………... 3 Chapitre 3 : Structure fonctionnelle d’un système ……………………………………………………………... 6 Module 2 : Chaîne d’énergie Fonction Transmettre Chapitre 1 : Eléments de base du dessin technique …………………………...…………… 15 Chapitre 2 : Les coupes et sections ………………………………………………………… 31 Chapitre 3 : Les formes techniques ………………………………………………………... 43 Chapitre 4 : Filetage et taraudage ………………………………………………………….. 45 Chapitre 5 : Cotation, tolérances et ajustements …………………………………………… 55 Chapitre 6 : Les liaisons mécaniques ………………………………………………………. 66 Chapitre 7 : Assemblages mécaniques – Encastrement ……………………………………. 83 Chapitre 8 : Assemblages mécaniques – Guidage en rotation ……………………………... 90 Chapitre 9 : Assemblages mécaniques – Guidage en translation ………………………….. 98 Chapitre 10 : Assemblages mécaniques – Lubrification/Etanchéité ………………………. 100 Chapitre 11 : Transmission de puissance sans transformation de mouvement …………. … 110 Chapitre 12 : Transmission de puissance avec transformation de mouvement …………. … 147 Chapitre 13 : Accouplements, embrayages et freins ……………………………………….. 162 Fonction Alimenter Chapitre 1 : Alimentation électrique ……………………………………………………….. 185 Fonction Convertir Chapitre 1 : Actionneurs électriques ……………………………………………………….. 209 Fonction Distribuer Chapitre 2 : Pre-actionneurs électriques …………………………………………………… 217 Fonction Alimenter Chapitre 1 : Alimentation pneumatique ……………………………………………………. 233 Chapitre 2 : Alimentation hydraulique …………………………………………………….. 236 Fonction Convertir Chapitre 1 : Actionneurs pneumatiques et hydrauliques ………………………………….. 240 Fonction Distribuer Chapitre 2 : Pre-actionneurs pneumatiques et hydrauliques ……………………………….. 245 Module 3 : Chaîne d’information Fonction Acquérir Chapitre 1 : Les capteurs …………………………………………………………………... 255 Chapitre 2 : Le conditionnement de signal ………………………………………………… 265 Fonction Traiter Chapitre 1 : Le système de numération binaire et codage de l’information ……………….. 275 Chapitre 2 : Les fonctions logiques de base ……………………………………………….. 277 Chapitre 3 : Simplification des fonctions logiques ………………………………………… 281 Références ………………………………………………………………………………………………. 293 Module 1 Analyse fonctionnelle L'analyse fonctionnelle est une approche et démarche scientifique appliquée largement dans le monde de l'entreprise industrielle. En effet, dans la démarche de projet industriel, on raisonne en termes de fonctions devant être assurées par un produit ou système pour répondre à un besoin. L'analyse fonctionnelle consiste donc à recenser, caractériser, ordonner et hiérarchiser les fonctions d'un système. Elle s'applique à la création ou à l'amélioration d'un système. Elle a pour objectif de décomposer le système pour y distinguer : • Les fonctions de service qui permettent de répondre au besoin. • L'organisation et l’interaction de l'ensemble de ces fonctions. • Les fonctions techniques qui permettent d'assurer les fonctions de service. Selon qu'on s'intéresse aux fonctions de service ou aux fonctions techniques, on parle d'analyse fonctionnelle externe ou interne, à chacune ses outils. Les plus utilisés de ces outils sont : • Le diagramme de bête à cornes pour formuler un besoin. • Le diagramme Pieuvre pour rechercher les fonctions de service. • Les diagrammes FAST et le SADT pour rechercher les fonctions techniques. Classe : 2e SMB Cours et Exercices : SI Pr : EL MIMOUNI EL HASSAN Année scolaire : 2020/2021 Module 1 : Analyse fonctionnelle Chapitre 1 : Analyse fonctionnelle externe 1 Introduction • Dans la vie quotidienne, on utilise des produits divers. • Chacun de ces produits satisfait à un de nos besoins. • Le besoin est donc une nécessité ou un désir éprouvé par un utilisateur. Il permet de justifier l’existence d’un produit. • Exemple : on utilise le produit ordinateur pour satisfaire le besoin de traiter, stocker et communiquer des données. Diagramme de Bête à cornes • L'outil « bête à cornes » permet de s'assurer que le besoin existe ; par conséquent, l'étude du système se justifie et a donc raison d'être. • Enoncé du besoin : On pose 3 questions : ▪ A qui rend-il service ? ▪ Sur quoi agit-il ? ▪ Dans quel but le système existe-t-il ? • En résumé : Le produit rend service au client en agissant sur la matière d’œuvre pour satisfaire le besoin. • Exemple : Le produit Ordinateur Actigramme de la fonction globale • L’actigramme de fonction globale indique la nature de l'activité principale d'un système : Fonction globale Ressources ou données de contrôle Matière d'œuvre en sortie  Produit  Energie  Information Matière d'œuvre en entrée  Produit  Energie  Information Pertes et nuisances Messages ou comptes rendus Système W R E C Classe : 2e SMB Cours et Exercices : SI Pr : EL MIMOUNI EL HASSAN Année scolaire : 2020/2021 Module 1 : Analyse fonctionnelle Chapitre 1 : Analyse fonctionnelle externe 2 • Fonction globale : C’est la fonction pour laquelle il a été réalisé. • Matière d'œuvre : C'est ce sur quoi agit le système. • Ressources ou données de contrôle : Ce sont des données non modifiées qui imposent une contrainte à l'activité ou la déclenche. Ces données de contrôle se classent en 4 catégories : ▪ Energie (W) : Présence d'énergie pour effectuer l'action. ▪ Configuration (C) : Programmes et Modes de marches (manuel, automatique, pas à pas, etc.). ▪ Réglage (R) : Paramètres de vitesse, seuils de déclenchement, etc. ▪ Exploitation (E) : Interface Homme/Machine (Départ de cycle, arrêt, etc.). • Nom du système : Il est indiqué en bas du rectangle. • Exemple : Store automatisé Diagramme Pieuvre • Le diagramme Pieuvre recense tous les éléments de l'environnement extérieur du système (humain, physique, etc.), qui sont en interaction avec lui. • Un produit assure un nombre de fonctions de natures différentes dont certaines sont plus importantes que d'autres. Une classification courante et simple est donnée dans ce qui suit : ▪ Les Fonctions Principales (FP) : Elles lient plusieurs éléments de l’environnement pour satisfaire le besoin ; dans le diagramme général ci-contre, on trouve FP1 et FP2. ▪ Les Fonctions de Contrainte (FC) : Elles adaptent uploads/Industriel/ si-smb-cours-exercices-mimouni-v3.pdf