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Maintenance des systèmes mécatroniques Mme Aloui Y. CFM31/MI31 1 Chapitre 1 : s

Maintenance des systèmes mécatroniques Mme Aloui Y. CFM31/MI31 1 Chapitre 1 : systèmes mécatroniques : définition et exemples d’applications Définition La mécatronique est la combinaison synergique et systémique de la mécanique, de l'électronique, de l'automatique et de l'informatique en temps réel. L'intérêt de ce domaine d'ingénierie interdisciplinaire est de concevoir des systèmes automatiques puissants et de permettre le contrôle de systèmes complexes. La norme NF E 01-010 (2008) définit la mécatronique comme une « démarche visant l’intégration en synergie de la mécanique, l’électronique, l’automatique et l’informatique dans la conception et la fabrication d’un produit en vue d’augmenter et/ou d’optimiser sa fonctionnalité ». Figure 1 Un diagramme de Venn montrant la mécatronique comme génie pluridisciplinaire, impliquant la synergie de plusieurs sciences de l'ingénieur. Description L'ingénierie de tels systèmes mécatroniques nécessite la conception simultanée et pluridisciplinaire de 3 sous-systèmes :  une partie opérative (squelette et muscle du système à dominante Mécanique et Électromécanique),  une partie commande (intelligence embarquée du système à dominante Électronique et Informatique Temps Réel), Maintenance des systèmes mécatroniques Mme Aloui Y. CFM31/MI31 2  une partie interface Homme/Machine (forme géométrique et dialogue du système à dominante Ergonomique et Esthétique). Une approche globale permet aussi de réduire les coûts, d'augmenter la fiabilité et la modularité. Applications Comme exemples de systèmes mécatroniques, on peut citer :  un véhicule automobile moderne, Intrusion des systèmes mécatroniques: - Volkswagen Passat, 10000 composants électriques, 61 µ-processeurs et 3 réseaux CAN1. Figure 2 CAN dans l'automobile - Mercedes S-Class: au moins 70 ECU2. 1 CAN (Controller Area Network) L'introduction des bus multiplexés (principalement le CAN) dans l'automobile avait pour objectif de réduire la quantité de câbles dans les véhicules (il y avait alors jusqu'à 2 km de câbles par voiture), mais elle a surtout permis l'explosion du nombre de calculateurs et capteurs distribués dans tout le véhicule, et des prestations correspondantes (baisse de consommation, dépollution, sécurité active/passive, confort, détection des pannes...), tout en diminuant les longueurs câblées. 2 Electronic Control Unit, dans le domaine de l'électronique, un calculateur embarqué qui commande des dispositifs physiques, dont un cas particulier est : Engine Control Unit, dans le domaine automobile, un calculateur embarqué gérant les différentes phases d'un moteur thermique, Maintenance des systèmes mécatroniques Mme Aloui Y. CFM31/MI31 3 Figure 3 exemple d'ECU sacré pour l'agriculture - BMW S7: 80 µ-processeurs. Figure 4 L'intérieur d'un Intel 80486DX2. Figure 5 les options qu'offre le BMW S7 Maintenance des systèmes mécatroniques Mme Aloui Y. CFM31/MI31 4 - Caterpillar 797: système embarqué distribué de 195 capteurs/actionneurs et transmission sans fil.  un avion de chasse, Un avion de chasse (aussi appelé chasseur) est un avion militaire conçu pour intercepter les avions adverses et ainsi assurer la maîtrise du ciel. Il peut par exemple s'agir de détruire des bombardiers ennemis afin de les empêcher d'atteindre leurs cibles, ou d'éliminer du ciel les chasseurs de l'adversaire pour protéger ses propres avions d'attaque. Figure 6 Soukhoï Su-27 Flanker de l’armée de l’air russe et Eurofighter Typhoon de la Royal Air Force en 2014.  l'ABS, l'ESP, Le système anti-blocage des roues, plus connu sous l'abréviation « ABS » (de l'allemand « Antiblockiersystem »), est un système d'assistance au freinage utilisé sur les véhicules roulants, limitant le blocage des roues pendant les périodes de freinage intense. D'autres termes sont également utilisés ou recommandés comme « antiblocage de sécurité1 », « système de freinage anti-blocage », « freins anti-blocage », ou « système d'antiblocage de roues ». Figure 7 Le mécanisme d'ABS sur une moto BMW K 75 (couronne dentée et son capteur entre le disque et la jante) Figure 8 Schéma synoptique d'un système électro- hydraulique d'ABS additionnel automobile Maintenance des systèmes mécatroniques Mme Aloui Y. CFM31/MI31 5 L'électrostabilisateur programmé (en anglais Electronic Stability Program, ESP, aussi appelé « ESCo » pour « Electronic Stability Control ») ou encore correcteur électronique de trajectoire, est un équipement de sécurité active d'antidérapage destiné à améliorer le contrôle de trajectoire d'un véhicule automobile. L'ESP est le nom le plus courant mais des constructeurs ont utilisé d'autres termes : DSC (Dynamic Stability Control) chez BMW et Jaguar, VSC (Vehicle Stability Control) chez Toyota, DSTC (Dynamic Stability and Traction Control) chez Volvo, VSA (Vehicle Stability Assist) chez Honda3 ou encore GSA dans la série de jeux vidéo Gran Turismo , etc.. Figure 9 fonctionnement général d'ESP dans la véhicule  la direction assistée, La direction assistée est un système mécanique d'assistance à l'orientation des roues d'un véhicule automobile, comme les voitures légères ou les camions. Ce dispositif, qui équipe de série la plupart des voitures neuves depuis plus de 15 ans, permet de réduire l’effort fourni par la personne conductrice pour diriger son véhicule en faisant appel à une source de puissance annexe pour orienter les roues. Maintenance des systèmes mécatroniques Mme Aloui Y. CFM31/MI31 6 Figure 10 Dispositif de direction assistée  une machine-outil à commande numérique, Une machine-outil à commande numérique (MOCN, ou simplement CN) est une machine-outil dotée d'une commande numérique. Lorsque la commande numérique est assurée par un ordinateur, on parle parfois de machine CNC pour computer numerical control, francisé en « commande numérique par calculateur » Figure 11 machine outil à commande numérique  l'autofocus, L'autofocus (AF) est le terme anglais pour désigner la mise au point automatique. C'est une fonction qui permet la mise au point automatique de certains systèmes optiques comme les appareils photo, leur permettant de régler la netteté du sujet. Maintenance des systèmes mécatroniques Mme Aloui Y. CFM31/MI31 7 Figure 12 Principe du système de mise au point automatique.  les roulements à billes instrumentés, Comprenant un capteur blindé et des roulements rigides à billes polyvalents, les roulements instrumentés sont des composants de machine mécatroniques. Le corps du capteur, la bague d'impulsion et le roulement sont solidaires et forment une unité compacte prête à être montée. Les roulements instrumentés SKF, à titre d’exemple, mesurent une plage d'opérations, parmi lesquelles : - Nombre de tours - Vitesse - Sens de rotation - Position relative - Accélération - Décélération Figure 13 roulement SKF instrumentés  les machines à laver « intelligentes », La réalisation d'un cycle de lavage est possible grâce à la participation de différents éléments, coordonnés par un programmateur électrique : Maintenance des systèmes mécatroniques Mme Aloui Y. CFM31/MI31 8 - Le tambour est un cylindre métallique percé de trous dans lequel le linge est déposé. - Le moteur électrique entraine en rotation le tambour grâce à une transmission par courroie ou directement. - Le tambour s'encastre dans une cuve étanche soit en matière plastique, soit en tôle émaillée ou en acier inoxydable, refermée par un hublot. C'est dans cette cuve que circule l'eau. Une résistance chauffante est placée sous le tambour, et son fonctionnement est géré par un thermostat. - Le moteur est commandé par un boitier qui contient un hacheur (réglage de la vitesse) et un relais (réglage du sens de rotation). - La lessive est déposée dans un bac comportant au moins trois compartiments : liquide de prélavage, liquide de lavage, détergents, adoucissants… Une buse, située au-dessus du bac, fait rentrer l'eau courante dans le compartiment. Cette buse est déplacée en fonction du liquide à déverser. - Une pompe est chargée de vider l'eau de la cuve. - Un capteur de niveau d'eau permet de déterminer la quantité d'eau nécessaire dans la cuve. - Un verrou temporisé pour l'ouverture de la porte. Il empêche l'ouverture du hublot pendant le lavage, et bloque la porte durant quelques minutes à la fin du cycle. - Dans certaines machines, un interrupteur arrête la montée en vitesse du cycle d'essorage si le balourd du tambour est trop important. Le programmateur, qui coordonne l'ensemble, existe sous deux formes : - Le programmateur électromécanique est un interrupteur rotatif entrainé par un moteur tout au long du cycle. À chaque position angulaire correspond une phase du cycle de lavage. - Le programmateur électronique est un microcontrôleur. Il est souvent couplé à un dispositif d'affichage, pour informer l'utilisateur de la position du cycle. Maintenance des systèmes mécatroniques Mme Aloui Y. CFM31/MI31 9 Figure 14 vanne d'arrivée d'eau Figure 15 capteur de niveau  la dronautique La dronautique est l'industrie naissante des drones et des machines volantes télépilotées ou autonomes. Figure 16 La dronautique1 est l'industrie naissante des drones et des machines volantes télépilotées ou autonomes. uploads/Management/ chapitre-1-introduction.pdf