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1 Guide pour le volet pratique de la formation en conception Génie électrique C

1 Guide pour le volet pratique de la formation en conception Génie électrique Ce document a été préparé avec la collaboration de Dominik Désilets, ing., M. Ing., chargé de cours au Département de génie des systèmes et coordonnateur des projets de fin d’études - Génie électrique à l’École de technologie supérieure Génie électrique Guide pour le volet pratique de la formation en conception 2 Guide pour le volet pratique de la formation en conception Génie électrique Table des matières Introduction 3 Description du processus de conception en génie électrique 4 Exemples de projets de fin d’études réalisés à l’École de technologie supérieure dans le cadre du programme de génie électrique 5 Annexe : Projet réalisé dans le cadre du cours ELE795 10 3 Guide pour le volet pratique de la formation en conception Génie électrique Introduction Pour réaliser un projet en conception, on doit se baser sur la méthodologie de la conception en ingénierie dont traitent les livres suggérés dans le volet théorique. Il faut aussi recourir à des outils appropriés aux approches et aux méthodes à mettre en œuvre. C’est précisément le but de ce document : guider le candidat et la candidate dans l’accomplissement d’un projet de conception en génie électrique. Vous trouverz dans ce guide, d’une part, des renseignements sur les outils à utiliser et les approches à appliquer et, d’autre part, un résumé des principales étapes (ou phases) d’un projet de conception en génie électrique. En complément, nous reproduisons à titre d’exemple un projet élaboré par des étudiants. 4 Guide pour le volet pratique de la formation en conception Génie électrique Description du processus de conception en génie électrique Le génie électrique est une branche de l’ingénierie faisant appel à des connaissances et des compétences en sciences du génie, en conception d’ingénierie et en études complémentaires. L’ingénieur électrique conçoit des installations électriques, des éléments électroniques et des programmes informatiques destinés à répondre à des besoins dans différents domaines, pour des usages industriels et domestiques, à des fins de chauffage, de réfrigération, d’éclairage, de transport, de communication, de contrôle et d’alimentation de produits ou systèmes. Les systèmes conçus par l’ingénieur électrique permettront d’élaborer des solutions pour résoudre des problèmes de natures diverses dans différentes sphères de la société. Le génie électrique touche à plusieurs domaines tels les systèmes informatiques, le contrôle industriel, les télécommunications, les systèmes embarqués, la microélectronique, la photonique et l’instrumentation médicale. Le processus de conception repose notamment sur les connaissances acquises en mathématique, en sciences fondamentales et en sciences du génie, ainsi que sur l’application d’une méthodologie rigoureuse en tenant compte de l’environnement, de la santé et de la sécurité des utilisateurs. Il comporte trois phases : la définition du projet, la conceptualisation et la réalisation. La synthèse et le soutien technique sont généralement des éléments complémentaires à la conception. 5 Guide pour le volet pratique de la formation en conception Génie électrique Phase 1 – Définition du projet / analyse des besoins La définition du projet se fait via l’analyse des besoins et mène à la rédaction d’un cahier des charges. Le but de ce cahier des charges est de clarifier les exigences et les besoins du client, de préciser le contexte dans lequel doit se réaliser le projet et de déterminer les normes applicables au projet. C’est généralement à partir d’une problématique que l’on peut définir les objectifs et les résultats attendus. Cette étape est cruciale, puisqu’elle donne les lignes directrices pour la suite du processus de conception. Une mauvaise compréhension de la problématique et des besoins des clients peut entraîner une perte de temps importante et un gaspillage des ressources. On détermine ensuite la charge de travail et on évalue les ressources (humaines, matérielles et financières) nécessaires pour mener le projet à terme. La reconnaissance des risques et des contraintes, de même que l’émission d’hypothèses, font aussi partie de cette première phase. La planification estimée des activités permettra de mettre les bases pour le déroulement du projet en fonction des délais à respecter pour son achèvement. Il est important de spécifier la chronologie (timeline) des activités et les jalons (check point) qui serviront à vérifier l’avancement du projet, et de prévoir des périodes consacrées aux rencontres entre les différents intervenants. Afin d’assurer une bonne communication pour le déroulement, il est impératif de déterminer les canaux de communication et les outils de visioconférence (dans un contexte de projet à distance) auxquels on aura recours. Tableau 1 – Outils d’analyse des besoins / définition du projet Activités Outils Définition des besoins clients Rencontres, devis de projet, questionnaires Définition des contraintes Rencontres, devis de projet, questionnaires, remue- méninges (brainstorming), recherches sur les technologies disponibles, sur les protocoles de communication Rédaction du ou des cahiers des charges Word, Google Docs Compilation de données Excel, Access Planification des activités Google Calendar, Microsoft Project, Moyens de communication Zoom, Teams, Google Meet 6 Guide pour le volet pratique de la formation en conception Génie électrique Phase 2 - Conceptualisation ou élaboration du concept La phase d’élaboration du concept vise à rechercher des idées et des pistes de solutions. Au cours de la phase de conceptualisation, une revue de littérature est nécessaire afin de faire les liens avec les concepts théoriques rattachés au projet. En fonction de la problématique et du type de projet, cette étape peut toucher à différentes disciplines du génie. La revue de littérature est effectuée à partir de différentes sources d’information telles que des dictionnaires, des ouvrages de référence techniques, des sites Internet, des articles scientifiques, des manuels (handbooks), les normes usuelles du domaine, etc. La génération d’idées, la recherche et la créativité permettront d’élaborer et de développer différents concepts visant à combler les besoins du client et d’atteindre les objectifs. Il est important de garder à l’esprit que ces concepts doivent être basés sur les principes de l’ingénierie. Toutes les idées retenues doivent être évaluées objectivement, de façon à choisir le concept qui répond le mieux aux besoins du client tout en respectant les contraintes établies. Une analyse des risques technologiques et économiques pour les parties prenantes, soit le client et les partenaires, doit être effectuée. Cette analyse de risques doit aussi prendre en considération la société et l’environnement, et mener à la définition de plans de contingences permettant de réduire, voire d’éliminer, les risques. Par la suite, la méthodologie de travail qui sera utilisée pour la réalisation du concept sélectionné doit être élaborée. Cette méthodologie servira à décrire plus précisément les activités à réaliser pour atteindre les objectifs. La mise à jour du plan de travail permettra de réviser la planification de départ et de modifier les ressources, au besoin. Les résultats de la phase de conceptualisation peuvent être des diagrammes fonctionnels, des schémas-blocs, des cartographies de circuits imprimés, etc. Il est fortement recommandé de valider les choix et la mise à jour du plan de travail avec le client afin d’obtenir les meilleurs résultats possibles et d’assurer la satisfaction du client. Tableau 2 – Outils de conceptualisation de projet Activités Outils Recherche d’idées Rencontre, remue-méninges (brainstorming), recherches sur les technologies disponibles, sur les protocoles de communication Revue de littérature Notes de cours, articles scientifiques, volumes de référence et manuels (Electrical Engineering Handbook, Electronics Handbook, Electric Power Engineering Handbook), etc. Choix de concepts Word, Google Docs, matrice de décisions, tableaux synthèses Élaboration du diagramme fonctionnel Visio, Lucidchart Conception des schémas : électriques, électroniques Micro-cap, Simscape, Quartus Prime, ADS, Altium Designer, etc. Mise à jour du plan des activités Google calendar, Microsoft project, Word Moyens de communication Zoom, Teams, Google Meet, (Google Apps) 7 Guide pour le volet pratique de la formation en conception Génie électrique Phase 3 - Réalisation : conception préliminaire et conception détaillée La phase de réalisation consiste à développer le concept de façon précise et à faire un prototype fonctionnel de qualité. Il s’agit généralement de réaliser une partie matérielle et une partie logicielle de l’idée retenue. C’est au cours de cette phase que sont effectués les calculs détaillés par rapport aux paramètres et aux contraintes de la solution choisie. Exemples de calculs : vitesse de propagation de signaux, dissipation de puissance, calibration de transformateur, flux de charge, analyse de circuits, paramètre d’un groupe d’alimentation, etc. Cette portion du processus de conception comporte divers éléments : l’architecture finale, les plans, la liste des matériaux et composantes, le code informatique, les procédures de fabrication et d’assemblage, etc. La phase de réalisation requiert fréquemment des tests en cours de route pour valider les éléments de conception. Il est donc nécessaire, dans ce cas, d’établir des procédures de tests ou de simulations : physiques, électroniques, numériques ou logicielles. Ces tests peuvent parfois être réalisés sur des bancs d’essais existants ; sinon, il faut en concevoir. La phase de réalisation est généralement complétée lorsque les prototypes et les rapports sont livrés au client ou au promoteur. Ces livrables doivent être conformes aux attentes définies au départ et/ou ajustées en cours de projet. L’équipe de projet doit aussi être en mesure d’expliquer et de justifier les changements effectués durant les différentes étapes de la réalisation. uploads/Ingenierie_Lourd/ guide-conception-genieelectrique.pdf