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1 Cours de conception mécanique : méthodes de conception Achraf Skander 2 Objec

1 Cours de conception mécanique : méthodes de conception Achraf Skander 2 Objectifs du cours Passer d’une ébauche de système mécanique à un système Mécanique dimensionné pour satisfaire les spécifications du Cahier des charges. Pré requis : cours éléments de machines. 3 Introduction 4 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 (voiture, robot…). C’est aussi un ensemble technique conçu pour répondre à un besoin, un cahier des charges. Il assure une fonction globale. Il agit sur des matières d’oeuvre pour les faire passer d’un état initial à un état final, créant ainsi une valeur ajoutée. 5 Définition d’un système technique Le souci de l’ingénieur doit être d’améliorer constamment les performances de ces systèmes en optimisant ses constituants et leurs architecture. Système Technique Matière d’œuvre d’entrée Matière d’œuvre d’entrée + Valeur ajoutée 6 Exemple d’un système industriel : Store pour régler le niveau d’ensoleillement d’une terrasse Le store mécanisé à manœuvre manuelle : Le store s’enroule sur un tambour actionné par l’opérateur au moyen d’une manivelle et d’un réducteur. L’effecteur est le dernier élément de la chaîne. Il agit sur la matière d’œuvre. Représentation schématique 1 2 7 Le store mécanisé à commande manuelle. Représentation schématique L’opérateur agit sur un bouton poussoir qui alimente Un moteur électrique. Rq : le dispositif de manœuvre manuelle doit être conservé pour les éventuelles coupure de courant.  Le préactionneur distribue l’énergie en fonction d’une commande.  L’ actionneur transforme, adapte l’énergie pour que l’effecteur agisse. 8 Le store automatisé  Le système précédent est complété d’un boîtier de commande, de capteurs de position du store et de capteurs d’environnement (anémomètre et cellules solaires)  si l’intensité de la lumière solaire mesurée par le capteur solaire est suffisamment forte, le store s’abaisse Automatiquement ou est déroulé par le tambour moteur. Si l’intensité du vent mesurée par l’anémomètre est à niveau très élevé, le store est remonté ou enroulé. 9 Cycle de vie du produit : généralité Méthodes Conception Recherche/Marketing Maintenance Fabrication Vente Planification Achats Assemblage Produit Le produit conçu Le produit spécifié Le besoin Le produit livré Le produit réalisé Le comment du produit Flux d’information Flux matière-produit La production L’ingénierie Le marché, l’utilisation 10 Importance de la phase de conception dans le cycle de vie du produit La conception est une étape très importante pour la définition du produit. Vu les dépenses engagées durant la phase de conception ; plus de 70% du coût final du produit; optimiser la gestion de cette étape revient à réduire significativement le coût de production. 11 Processus de conception (AFNOR, 2002) « Le processus de conception définit pas à pas le produit qui doit répondre aux besoins et aux attentes, par des choix successifs portant sur des points de plus en plus détaillés. » AFNOR X50- 170, 2002 12 Processus de conception Dans la majorité des cas, l’étude de conception ne peut prétendre créer un objet technique entièrement nouveau. Elle ne vise qu’à apporter des modifications à des appareils ou des dispositifs qui existent déjà, ou à créer des appareils à partir de ceux qui sont bien connus et déjà réalisés. C’est pourquoi, à ce niveau, l’étude de conception ne doit intervenir qu’après l’étude d’observation correspondante d’appareils ou dispositifs en usage (étude bibliographique). 13 Processus de conception Niveaux de détail Le plus faible niveau de détail, ce sera une demi page de texte; Les niveaux de détail les plus élevés nécessiteront des graphismes techniques, du vocabulaire spécialisé, des codes spécifiques de nomenclatures d’achat, de stockage, etc. 14 Modèle général de la conception Analyse du besoin Analyse Décomp osition Synthèse Intégration Evaluation Adéquation de conception Amélioration de conception 15 Processus de conception d’un produit Plusieurs approches de la conception sont présentées par les travaux de la communauté scientifique. Dans un premier temps, la conception été vue comme un processus systématique, c'est-à-dire que les étapes se succédaient sans préjuger du retour en arrière. Par la suite, on a pensé à créer un processus intégré qui permet une certaine simultanéité des étapes du processus de conception. 16 Processus de conception d’un produit: 1. Conception systématique L'approche de conception systématique se base sur la méthode introduite par Pahl et Beitz. Cette approche divise le processus de conception en quatre niveaux d'évolution de détails :  Clarification du problème : élaboration et identification des spécifications,  Recherche du concept : spécification de la conception (détermination des exigences de conception à travers les fonctions et les sous- fonctions) et mobilisation de modèles conceptuels (sélection et évaluation),  Matérialisation du concept : identification des concepts, apparition de la géométrie du produit et préparation des premières ébauches des composants et documents de production,  Conception détaillée (appelée aussi detailed design) : finaliser les détails des concepts et géométries identifiés dans l’étape précédente. 17 Processus de conception d’un produit: 1. Conception systématique Étape de recherche du concept (conceptual design) à :  Définir les spécifications,  Déterminer la structure fonctionnelle,  Trouver les principes de fonctionnement,  Évaluer et choisir les concepts. Étape de la conception de concrétisation (embodiment design) à :  Définir la taille, la forme, etc.,  Modéliser et analyser les ensembles,  Optimiser les fonctions,  Évaluer et choisir les tracés. Étape de la conception des détails (detailed design) à :  Analyser en détail les composants,  Choisir le mode de fabrication,  Optimiser les performances et les coûts,  Préparer les dessins détaillés. 18 Processus de conception d’un produit: 2. Conception intégrée L'approche de conception intégrée consiste à prendre en considération un maximum de connaissances du cycle de vie du produit lors de sa conception, c'est-à-dire les fonctions, l’analyse, la fabrication, le démontage, le recyclage, etc. Cette approche permet la justification des choix de conception par des contraintes métier et non plus par des choix arbitraires ou liés à l'expérience du concepteur Conceptual design Embodiment design Detailed design t a. Conception systématique b. Conception intégrée et simultanée Conception intégrée FabricationAutres experti-ses métierRecyclage Assemblage Définition du produit Conceptual design Embodiment design Detailed design Acteurs métier Acteurs métier Acteurs métier 19 Processus de conception d’un produit: 2. Intérêt de la conception intégrée Les défauts ou les problèmes de qualité d'un produit sont le résultat de trois facteurs : mauvaise conception, mauvais matériaux et mauvais choix des procédés de fabrication. Les problèmes de conception les plus connus sont : fracture de pièces, vibration, pièces non alignées, manque de tolérance, beaucoup d'opérations de fabrication, difficultés de fabrication, difficultés d'assemblage, difficultés d'atteindre la qualité exigée, problème d'ergonomie, etc. Nous prenons l’exemple du DFM : la conception pour la fabrication. 20 Processus de conception d’un produit: 2. Intérêt de la conception intégrée 21 Théorie de la conception Contexte de travail 22 Motivations Durée de vie courte des produits Produits complexes Qualité des produits Évolution technologique Compétitivité mondiale Marchés instables et incertains Coopération, partenariat, … 23 Conception mécanique : en bref De l’expression du besoin à la recherche de solutions Concevoir pour éviter les défaillances Liaisons pivots et glissières Encastrements Choix de matériaux Conception de bâtis et de carters Dimensionnement des pièces mécaniques : calculs par éléments finis 24 Activité de conception Étape décisive dans le cycle de vie d’un produit Activité intellectuelle et cognitive très complexe Activité individuelle/collective Processus de création et de définition d’une ou plusieurs descriptions d’un produit : répondre aux besoins et satisfaire les contraintes Domaines : d’une centrale nucléaire à un simple composant électronique 25 La conception: pourquoi une activité CONCEVOIR Demande, Besoin ? Données techniques Objectifs Contraintes Acteurs de l’ingénierie Ressources matérielles et informationnelles 26 Typologie des problèmes de conception Conception Conception prédéfinie Conception nouvelle Conception innovante Conception créative Produit de complément de gamme Produit de remplacement Produit nouveau pour l’entreprise Produit nouveau sur le marché 27 Phases/Typologie de conception mécanique optique Hydraulique … décomposition fonctionnelle choix d’un principe technique choix et dimensionnement des composants Produit Conception routinière Spécifications 28 Conception nouvelle Conception nouvelle Connaissances à créer Démarche de conception à définir Nouveaux éléments de solution ou nouvelles technologie 29 Conception prédéfinie Conception prédéfinie Connaissances disponibles Démarche de conception connue Choix parmi des éléments de solutions existants 30 Principales étapes d’un projet (création d’un produit) État de l’art. Besoin identifié Définition du besoin - faisabilité - spécification des tâches Conceptualisation - Analyse fonctionnelle - Exigences/contraintes - Synthèse préliminaire Avant projet - Optimisation (analyse val..) - Synthèse (cdcf) - Spécifications du produit Phase initiale Phase créative Voies de solutions Prédéveloppement Étude des meilleures voies de solutions Projet - Études détaillées - Essais, prototypes - Rapports, plans Production - Études process, méthode - Assurance qualité - Fabrication, assemblage - contrôle Conditionnement, stockage, transport Distribution, mise en service Utilisation, maintenance Développement Étude approfondie de la solution choisie Industrialisation Fabrication de la solution choisie Logistique Vente Après-vente Cahier des charges 31 Cycle de vie du produit : méthode 32 1. Définition du cahier des charges Explicitations du besoin Définition des objectifs du projet Identification de la cible de marché Définition des uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-conception-mecanique-v21.pdf