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Documentation pour un projet de conception François Charron, ing. Département d

Documentation pour un projet de conception François Charron, ing. Département de génie mécanique Université de Sherbrooke Francois.R.Charron@USherbrooke.ca Jean-Philippe Desbiens, ing. jr. Département de génie mécanique Université de Sherbrooke Jean-Philippe.Desbiens@USherbrooke.ca Résumé Le Département de génie mécanique de l’Université de Sherbrooke a introduit des projets majeurs de conception dans son programme de baccalauréat depuis 1992. Évidemment, un des objectifs des projets de conception est de permettre aux étudiants de développer une compétence en rédaction de rapports techniques portant sur la conception. Jusqu’à ce jour, aucun document de référence, soit l’équivalent d’un livre de référence dans un cours magistral, était disponible pour guider les étudiants dans la rédaction de leurs rapports de conception. Afin de combler ce besoin, un projet majeur de conception fut donc réalisé et une documentation complète de référence a été développée. 1. Introduction La formation d’ingénieur intègre deux éléments indissociables et complémentaires qui sont le génie et l’ingénierie. Le génie englobe le corpus des connaissances et des techniques de l’ingénieur, et l’ingénierie représente l’étude complète d’un projet industriel sous toutes ses facettes (techniques, économiques, sociales, environnementales, etc.). Évidemment, la formation d’un ingénieur compétent doit nécessairement intégrer ces deux éléments. Dans tous les programmes de baccalauréat en génie au Canada, on retrouve certainement une formation adéquate en génie (par exemple pour le génie mécanique, une formation portant sur les matériaux, la mécanique des solides, la mécanique des fluides, la thermodynamique, etc.). Par contre, la formation en ingénierie est souvent déficiente. Les étudiants ont relativement peu de formation sur les processus et les méthodologies utilisés par l’ingénieur lors du développement et de la conception de produits, de procédés, de machines, de systèmes, etc. De plus, lors de leur formation, les étudiants ont relativement peu d’occasions de développer des compétences1 techniques et professionnelles par l’entremise de projets de conception. Au cours de la réforme du programme de baccalauréat en génie mécanique (1992 à 1996), le Département a beaucoup réfléchi à la question du développement des compétences techniques et professionnelles chez les étudiants. À la suite d’un constat concernant la pertinence d’une approche de formation par compétence pour la formation en génie, le Département a retenu un certain nombre de compétences et il s’est interrogé sur les approches pédagogiques nécessaires pour le développement de celles-ci. Cette réflexion sur le développement de compétences a convaincu le Département qu’il était nécessaire de mettre en place des projets d’intégration (mini projet de conception) au cours des quatre premières sessions d’étude du programme et un projet majeur de conception pour les quatre dernières sessions. La mise en place des projets majeurs de conception a donc nécessité le développement d’une nouvelle approche pédagogique, de nouveaux laboratoires, de nouveaux outils d’évaluation, etc. [1]. 1 La compétence combine des savoirs, des savoir-faire et des savoir-être qui permettent à une personne de prendre des actions précises dans le cadre de son travail. Le développement des compétences auprès des étudiants nécessitent un environnement d’apprentissage permettant à l’apprenant d’intégrer des savoirs (savoir comprendre, savoir interpréter, savoir agir sur mesure, etc.), des savoir- faire (savoir coopérer, savoir raisonner, savoir procéder, savoir apprendre, etc.) et des savoir-être (ex. savoir se comporter, etc.), d’assurer un rôle de responsabilité par rapport à son apprentissage, de démontrer sa capacité de résoudre des problèmes ouverts et mal définis, et d’être capable de mettre en pratique ses acquis dans un nouveau contexte (re-contextualisation). Un des principaux résultats obtenus lors des projets majeurs de conception est la remise de rapports de développement de produits (ou de machines, des systèmes, etc.) à la fin de chacune des sessions. Or, contrairement à la leçon magistrale où il existe une quantité importante de livres de référence dans presque tous les domaines du génie, malheureusement, il n’existe pas de rapports de conception dans la littérature que les étudiants pourraient consulter comme référence. À la suite de ce constat, il a été convenu de réaliser un projet de conception complet au Département de génie mécanique et de rédiger toute la documentation technique associée à chacune des étapes du processus de développement de produit (PDP). Cette documentation deviendrait alors une référence pour les étudiants lors de l’élaboration des rapports de conception. La présente publication est principalement divisée en deux parties. La première discutera du projet de conception « McGrO » réalisé au Département et par la suite, la documentation développée sera présentée. 2. Le projet de conception « McGrO » 2.1 Contexte Dans le but de maximiser la portée des résultats du projet « McGrO », il a été décidé de développer une machine à commande numérique à trois axes permettant l’usinage de moules pour le thermoformage de plastiques ou la mise en forme de matériaux composites. Une telle machine n’existait pas au Département mais il y avait un besoin important pour plusieurs projets de conception réalisés par les étudiants. La documentation technique du projet « McGrO » fut donc rédigée à la fin de chacune des principales étapes de la conception en simulant les mêmes activités exigées aux étudiants lors de la réalisation de leurs projets de conception. Il est évident qu’un rapport de conception présente les principaux résultats obtenus lors de la session. La Figure 1 illustre le processus de développement de produit (PDP) développé pour les projets de conception faits par les étudiants et utilisé dans le cadre du projet « McGrO ». Figure 1. Processus de développement de produit (PDP) Les grandes étapes du PDP sont les suivantes : 1. Pré-étude 2. Étude conceptuelle 3. Conception préliminaire 4. Conception détaillée 5. Fabrication et validation du prototype Pour chacune des cinq (5) grandes phases du PDP, un rapport synthèse doit être rédigé par les étudiants. Il est important de savoir que ces rapports sont écrits avec l’aide d’un journal de bord (logbook). Chacun des membres de l’équipe doit documenter l’ensemble de son travail (ex. ses réflexions, ses calculs, ses justifications, ses contacts, etc.). Cet outil est d’ailleurs imposé aux étudiants pendant leurs projets de conception et il est utilisé pour l’évaluation du travail individuel de chacun des membres d’une équipe. Finalement, il est important de remarquer que deux contraintes majeures avaient été imposées au projet « McGrO » dès la pré-étude, soit : • Une durée de 4 mois pour réaliser le projet • Un budget de 10 000$ alloué pour la fabrication du prototype Tout au long du projet, ces contraintes ont été considérées au même titre que les autres besoins de nos clients. 2.2 Réalisation du projet « McGrO » Tel que mentionné préalablement, le mandat du projet McGrO était de concevoir un équipement permettant de réaliser des moules en trois dimensions pour effectuer la mise en forme de polymères et de matériaux composites. 2.2.1 Formation de l’équipe de projet Pour réaliser le projet « McGrO » dans le temps prévu, une équipe fut constituée. Les principales personnes impliquées furent les suivantes : • 4 professeurs (méthodologie, documentation, supervision); • 1 assistant de recherche en conception (méthodologie, conception, fabrication); • 2 stagiaires au niveau du baccalauréat (mécatronique, conception, fabrication); • 3 techniciens en fabrication mécanique (fabrication); • 3 techniciens en mécatronique/informatique (aspects mécatroniques). 2.2.2 Conception Dès janvier 2002, la conception de la machine « McGrO » a débuté par une pré-étude complète des technologies existantes dans le domaine des machines- outils à commande numérique à trois axes (3D) et de la fabrication de moule fait de matériaux mous (ex. bois et mousses synthétiques). Les étapes du PDP présenté dans la Figure 1 ont été suivies par l’équipe de projet. Évidemment, ce PDP s’inspire fortement de processus modernes de développement de produits et, par conséquent, plusieurs activités du PDP sont généralement réalisées d’une façon simultanée. 2.2.3 Fabrication La fabrication du prototype débuta dès que la conception de quelques éléments simples de la structure principale fut terminée. Pendant ce temps, des calculs avancés concernant les éléments mécaniques plus complexes ont été faits. Afin de limiter les délais dans la fabrication, des pièces mécaniques sélectionnées en raison de certaines contraintes furent commandées chez les fournisseurs avant la fin de la conception détaillée. La figure suivante présente le prototype final. Figure 2. Machine à commande numérique 3 axes « McGrO » 2.2.4 Validation expérimentale La phase de validation expérimentale consista à tester le fonctionnement du prototype en s’assurant qu’il respecte les attentes des clients ainsi que les spécifications d’ingénierie définies dans le cahier des charges fonctionnel (CdCF) créé lors de la phase de conception système (RCS). Pour ce faire, différents tests ont été effectués au niveau des sous-systèmes et de leurs composantes afin d’évaluer les performances. La phase de validation du prototype « McGrO » a mis en évidence certaines lacunes de conception (ex. problème de positionnement dans un axe) et certaines modifications mécaniques ont dues être effectuées pour satisfaire les exigences du CdCF. 3. Documentation 3.1 Définition des documents Les documents rédigés lors du projet « McGrO » sont les suivants : • Mémoire d’identification de projet (MIP) • Rapport de conception système (RCS) • Rapport de conception préliminaire (RCP) • Rapport de conception détaillée (RCD) • Rapport de validation expérimentale (RVE) Dans les grandes uploads/Ingenierie_Lourd/ 10113.pdf