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CONCEPTION MECANIQUE 1 CONCEPTION MECANIQUE1 CONCEPTION MECANIQUE 1 Chapitre I

CONCEPTION MECANIQUE 1 CONCEPTION MECANIQUE1 CONCEPTION MECANIQUE 1 Chapitre I GENERALITES I-1 La Conception La conception est la phase créative d’un projet d’ingénierie. Le but premier de la conception est de permettre de créer un système ou un processus répondant à un besoin en tenant compte des contraintes. Le système doit être suffisamment défini pour pouvoir être installé, fabriqué, construit et être fonctionnel, et pour répondre aux besoins du client. La conception peut être divisée en cinq étapes séquentielles. En premier lieu, l’analyse des besoins permet d’établir la ou les problématiques et les contraintes. Puis, l’ingénieur est en mesure d’imaginer un premier concept lui permettant de proposer une conception préliminaire, basée sur des calculs plus sophistiqués tenant compte d’un éventail plus large de paramètres. Par la suite, l’ingénieur augmente la précision des détails pour produire la conception détaillée qui mène à la finalité de son travail, notamment la fabrication, la construction, la réalisation ou l’opération. La finalité de la conception est généralement illustrée par un plan dont certains éléments sont détaillés et spécifiés dans un devis. L’ingénieur doit aussi documenter de façon exhaustive chacune des étapes de conception afin d’en permettre l’entière compréhension par un tiers, à des fins CONCEPTION MECANIQUE 1 de révision ou de modifications ultérieures, par exemple. Tout élément (données brutes, calculs, notes, comptes rendus de réunion, fichiers informatiques, etc.) doit être inscrit dans un dossier structuré, de façon à en faciliter la consultation. Selon la complexité de l’ouvrage, plusieurs plans, dessins et devis peuvent s’avérer nécessaires. Ils peuvent être divisés par éléments physiques, par domaines, par étapes du processus de conception ou même, dans le cas d’un processus, par séquences temporelles. D’autres documents d’ingénierie peuvent être produits, par exemple des schémas d’écoulement, des diagrammes logiques de contrôle, etc. Chaque étape de conception est décrite de façon générale pour couvrir les différentes activités reliées à l’ingénierie. La conception ne se limite pas aux ouvrages d’infrastructures majeurs, mais touche aussi tous les domaines de l’ingénierie : cartes électroniques, procédés pharmaceutiques, génie logiciel, équipements électromécaniques en industrie lourde, etc. CONCEPTION MECANIQUE 1 I-2 PROCESSUS DE CONCEPTION I-2-1 CARACTÈRE ITÉRATIF Le processus de conception est essentiellement de nature itérative, ainsi que l’illustre la figure 1. CONCEPTION MECANIQUE 1 I-3 Cahier des charges La conception d’un ensemble mécanique est toujours la réponse à la commande d’un client. Ce mot ne doit pas être entendu dans son sens le plus strict : il peut très bien s’agir d’une autre division de l’entreprise. Le client, c’est la personne qui exprime un certain besoin. Au départ, ce besoin n’est pas toujours clairement explicité, comme nous allons le montrer sur les exemples qui suivent. Il est donc parfois nécessaire d’établir une discussion avec le client pour établir le cahier des charges qui consiste en la description précise et formelle des attentes du client et constitue la partie technique du contrat. Le besoin du client semble parfois simple à cerner. Par exemple, le client désire un moulin à café. Mais s’agit-il d’un moulin à café domestique ou d’un moulin à café destiné à un débit de boissons ? ● Dans le premier cas, le moulin travaille chaque jour une minute, suite à quoi il se refroidit. On peut alors admettre des échauffements importants, c’est-à-dire un bobinage très fin, peu encombrant et peu coûteux. Bien plus, avant d’être mis au rancart parce que démodé, dans quinze ans pour fixer les idées, combien de temps fonctionnera-t-il ? On calcule : En d’autres termes, une conception assurant une durée de vie (en fonctionnement, s’entend !) de 100 heures est largement satisfaisante. Ceci se traduit dans les solutions techniques utilisées dans ce genre d’appareil. ● Tout autre est la situation dans le cas d’un moulin à café destiné à un débit de boissons. On peut en effet imaginer que ce moulin tourne quatre heures par jour. On suppose le débit de boissons ouvert 300 jours par an. Enfin, comme une panne du moulin constitue une gêne importante pour le tenancier du café, celui-ci désire un bon fonctionnement pendant 10 ans. Ici, le calcul s’établit comme suit : CONCEPTION MECANIQUE 1 Comme on peut le voir, ce n’est pas du tout la même chose et la conception de ce moulin sera plus proche de celle des machines de l’industrie. Les bobinages du moteur seront dimensionnés largement pour éviter tout échauffement dangereux, les paliers seront des roulements à billes, etc… Les exemples de ce genre abondent. Ainsi, les lave-linge domestiques servent par exemple deux fois par semaine, chaque lessive durant une heure. Au bout de quinze ans, durée de vie que les ménages trouveront tout à fait satisfaisante, leur temps de travail aura été de Par contre, dans le cas des salons lavoirs, le temps quotidien de fonctionnement peut être évalué à 8 heures. De nombreux établissements de ce type sont ouverts jour et nuit toute l’année. Si la machine est destinée à fonctionner 10 ans, elle aura, pendant ce temps, travaillé soit près de 20 fois plus. Il va sans dire que les machines sont, dans chaque cas, conçues en fonction de leur durée de vie respective. De la même façon, les démarreurs d’automobiles sont à proprement parler de mauvais moteurs électriques, à grande consommation et grand échauffement. C’est seulement la rareté de leur emploi qui les rend durables. Mais cette solution permet d’avoir des moteurs plus compacts et plus légers. Ces quelques exemples montrent que la définition du cahier des charges doit être très minutieuse et qu’il est toujours nécessaire de préciser les conditions d’utilisation de la machine envisagée. Il est souvent utile que le cahier des charges soit défini lors d’un dialogue entre le client et le concepteur, ce dernier ayant pour rôle d’apporter son expérience pour mieux cerner les problèmes. Insistons sur le fait qu’une incompréhension entre le client et le concepteur au niveau du cahier des charges ne peut CONCEPTION MECANIQUE 1 mener qu’à de graves mécomptes. Cette étape du travail est donc d’une importance primordiale. I-4 Définition du concept Le concept, c’est le principe même du fonctionnement de l’ensemble mécanique considéré. Sa définition, hautement créative, fait appel à : L’expérience, c'est-à-dire les connaissances acquises lors de réalisations antérieures. On a dit, et cela peut sembler une boutade, que l’expérience est le résultat de tous les échecs passés. Il est vrai, cependant, que si l’on construit un pont et qu’il tient, cela ne signifie pas nécessairement que la méthode de calcul était bonne. Par contre, si le pont s’écroule, on peut affirmer, en dehors du cas des malfaçons, que le calcul était erroné. C’est du reste à la suite de l’écroulement d’un certain nombre de ponts au début des chemins de fer que l’on s’est intéressé à les calculer. L’état de la question. On ne conçoit jamais à partir de rien. La démarche habituelle consiste à cerner les problèmes, et à les classer en deux catégories, d’une part, ceux dont la solution est connue, et d’autre part, ceux qui restent entiers. Pour ces derniers, on examine les solutions qui ont été données (par soi- même ou par d’autres, y compris les concurrents) à des problèmes voisins (extrapolation). Il est aussi utile d’essayer de formuler le problème autrement, ou de le subdiviser en sous-problèmes. Beaucoup de conceptions nouvelles ne sont en fait que des assemblages inattendus de solutions connues. Lorsqu’un concept est adopté, il faut le vérifier, c’est-à-dire repasser tous les points du cahier des charges et s’assurer qu’ils sont satisfaits. Dans le cas contraire, deux démarches sont possibles : 1) On revoit le concept pour le mettre en concordance avec le cahier des charges. 2) On négocie avec le client, exposant ce que l’on sait et ce que l’on ne sait pas (ou ne peut pas) faire. Il arrive que les ambitions du cahier des charges soient revues à la baisse. A ce niveau, plusieurs itérations sont parfois nécessaires. Il n’est possible de décrire plus précisément le processus de définition du concept qui, dans CONCEPTION MECANIQUE 1 une certaine mesure, relève de l’art et de la culture du concepteur. Par contre, les problèmes de base peuvent, dans une certaine mesure, faire l’objet d’un processus d’intelligence artificielle. Le langage de la conception mécanique est le dessin. Mais au niveau de la définition du concept, il s’agit le plus souvent de croquis à main levée : il n’est encore ni nécessaire ni possible d’être précis, mais il faut bien un support écrit à la réflexion. C’est pourquoi on ne peut trop insister sur la nécessité qu’il y a de s’entraîner à représenter les objets de façon correcte, sans instruments. I-5 Ensembles et sous-ensembles mécaniques, éléments Un système mécanique peut en général être décomposé à plusieurs niveaux. Considérons par exemple le groupe motopropulseur d’une automobile, considéré comme un tout. On constate qu’il existe un certain nombre de sous-systèmes qui peuvent être conçus et montés séparément. En l’occurrence, on reconnaîtra le moteur, l’embrayage et la boîte de vitesses : c’est ce que l’on appelle les sous- ensembles. Ceux-ci peuvent du reste être décomposés en sous-ensembles de second niveau, par exemple le uploads/Ingenierie_Lourd/ l1-gpl-cours-conception-mecanique-1-partie-1 1 .pdf