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PROGRAMME DE S.I. DANS LA FILIÈRE MPSI 1. OBJECTIFS DE FORMATION 1.1. Finalités

PROGRAMME DE S.I. DANS LA FILIÈRE MPSI 1. OBJECTIFS DE FORMATION 1.1. Finalités L'enseignement de S.I. permet d'aborder avec méthode et rigueur l'analyse de réalisations industrielles. Il renforce l'interdisciplinarité et développe des aptitudes à modéliser des systèmes manufacturés, à déterminer leurs grandeurs caractéristiques, à communiquer et à interpréter les résultats obtenus en vue de déterminer et vérifier les performances du système réel. Les systèmes choisis relèvent des grands secteurs technologiques : transport, production, bâtiment, santé, environnement... Les concepts et outils présentés sont transposables à l'ensemble des secteurs industriels. L'approche système permet d'appréhender la complexité des situations concrètes. Leur étude passe par des phases de modélisation successives qui s’appuient à la fois sur les principes physiques du système, sur sa réalité industrielle et sur ses finalités exprimées en terme de fonctions. Les finalités de cet enseignement sont de développer les capacités et les connaissances pour analyser des cas concrets, vérifier des performances et communiquer des résultats en s’appuyant sur la maîtrise d'outils fondamentaux de la mécanique, de la modélisation, de la dynamique des systèmes linéaires et de la commande temps réel, ainsi que sur les connaissances de base des technologies associées. 1.2. Objectifs généraux L'enseignement et l'évaluation des connaissances en S.I. reposent sur l'analyse et la critique des systèmes techniques industrialisés existants. Celles-ci permettent, d'une part, d'analyser les besoins, la structure, l'évolution, la modélisation de l'existant et, d'autre part, d'analyser des architectures définies par un cahier des charges. À partir de supports industriels placés dans leur environnement technologique, les étudiants devront être capables : - d'analyser des réalisations industrielles en : • conduisant l'analyse fonctionnelle (blocs fonctionnels) ; • décrivant le fonctionnement avec les outils de la communication technique ; • conduisant l'analyse structurelle des blocs fonctionnels principaux (architecture et composants) ; - de modéliser, définir et choisir un modèle en formulant les hypothèses nécessaires ; - de vérifier les performances globales et le comportement de certains constituants en s’appuyant sur la modélisation et en comparant, par l'association de blocs fonctionnels, des solutions par rapport à un besoin exprimé ; - de revenir sur la modélisation retenue si nécessaire. La communication, les représentations et les simulations reposent sur l'utilisation des langages techniques et de l'outil informatique. 2. PROGRAMME 2.1. Présentation L'enseignement des S.I. est organisé autour de l'étude des systèmes techniques industrialisés. Il est abordé dans ses dimensions cognitives, systémiques et méthodologiques. Pour assurer la cohérence du programme, la totalité de l'enseignement est assurée par un même professeur agrégé de mécanique ou de génie mécanique. Cette approche, fondée sur l'étude de solutions industrielles doit privilégier l'acquisition des connaissances de base présentées dans les différentes parties du programme. Ces connaissances sont dispensées et structurées non seulement pendant les cours théoriques mais également à travers des activités d irigées et expérimentales. Celles-ci pourront se dérouler plus favorablement dans un laboratoire de S.I. ou dans une salle dédiée et seront conduites à partir : - de dossiers techniques incluant des documents multimédia ; - de supports physiques dédiés (systèmes didactisés ou non) ; - d'outils de simulation. Les différentes parties du programme sont présentées en donnant pour chacune : - les contenus accompagnés de commentaires ; - les compétences attendues. Celles-ci doivent être acquises en respectant les échéances de fin de première période et de fin de première année. Notamment, les compétences acquises à la fin de la première période de première année doivent permettre : - de situer un système dans son domaine d'activité ; - d'identifier les matières d'œuvres entrantes et sortantes ; - de préciser les caractéristiques de la valeur ajoutée ; - de caractériser la fonction globale du système ; - d'identifier et de caractériser les éléments de structure fonctionnelle (partie opérative et partie commande, sous-ensembles fonctionnels, chaînes fonctionnelles et axes) ; - d’identifier certaines caractéristiques liées à la structure physique du système et à la modélisation retenue : modèle du premier ordre (gain statique, constante de temps), modèle du second ordre (gain statique, coefficient d’amortissement, pulsation propre non amortie) ; - pour un mécanisme, de caractériser les champs des vecteurs-vitesse et les champs des vecteurs-accélération. 2.2. Lignes directrices du programme 2.2.1. Étude fonctionnelle et structurelle des systèmes Cette étude permet d'analyser l'organisation fonctionnelle et structurelle de produits industriels conduisant à la compréhension de leur fonctionnement et à une justification de leur architecture. Elle permet d'acquérir une culture des solutions industrielles qui facilite la compréhension et l'appropriation de tout système nouveau. Elle s'appuie sur des méthodes d'analyse et des outils reconnus et performants qui permettent d'associer respectivement des ensembles de constituants, ou des constituants uniques, aux fonctions principales et secondaires d'un système industriel. Elle permet le développement de l'esprit critique vis à vis des solutions employées dans la conception des systèmes. Les activités de conception ne sont pas au programme de MPSI. Les outils de la communication technique et de l'expression technologique dans leur diversité et leur complémentarité permettent de lire et de s'exprimer dans le domaine des S.I.. La communication technique est abordée sous le double aspect : - de l’utilisation élémentaire des langages spécifiques que sont les schémas, les graphes et la représentation volumique graphique et assistée par ordinateur, - de la maîtrise du vocabulaire technique qui permet la description écrite et orale du fonctionnement ou du comportement des systèmes étudiés. 2.2.2. Étude des performances des systèmes Cette étude permet de valider certains critères de performance industrielle dans l'environnement socio-économique, culturel et historique. Elle s'appuie sur la maîtrise d'outils fondamentaux de la mécanique, de la modélisation, de la dynamique des systèmes linéaires et de la commande en temps réel des systèmes, ainsi que sur les connaissances de base des technologies associées et sur une démarche expérimentale. Les connaissances acquises dans l'ensemble des disciplines sont utilisées pour analyser le fonctionnement et vérifier les performances des systèmes étudiés. Des conclusions argumentées doivent être tirées des résultats d'expérimentations, de calculs ou de simulations au regard des hypothèses formulées et des méthodes utilisées. Il est nécessaire d'insister sur les vertus et les limites de la modélisation utilisée dans la démarche. L'enseignement de la mécanique et plus généralement des S.I. conduit à appliquer les lois générales et les concepts à des objets ou des systèmes manufacturés. Ces lois et ces concepts sont étudiés ou mis en évidence lors des activités de travaux dirigés. La dynamique et le contrôle des systèmes linéaires s’appuient sur la modélisation pour isoler les fonctions de commande en temps continu et les fonctions de commande en temps réel. L’enseignement se limite aux connaissances de base nécessaires pour l’étude des systèmes linéaires, continus et invariants et des systèmes logiques. L'utilisation de l'outil informatique, pendant les activités de travaux dirigés, exploitant des logiciels de modélisation, de calcul ou de simulation, permet une étude plus précise du comportement des systèmes étudiés. PROGRAMME Remarques préliminaires : Ce programme a été construit en prenant en compte la structure particulière de la filière MPSI (choix d'option en fin de première période) et les nouveaux programmes de mathématiques et de sciences physiques. Dans cet esprit, l’ordre du programme est imposé en première période. En deuxième période, la liberté pédagogique de chaque enseignant prévaut. Les connaissances associées à l’étude fonctionnelle et structurelle et à l’étude des performances des systèmes sont précisées dans la colonne de gauche, les compétences attendues sont décrites parmi les commentaires, dans la colonne de droite. PROGRAMME COMMENTAIRES Première période (tronc commun) I - ÉTUDE DES SYSTÈMES 1) Présentation générale des systèmes : - matière d’œuvre ; - valeur ajoutée ; - fonction ; - performance. 2) Classification selon : - le domaine d'application ; - la nature de la matière d'œuvre ; - la nature des flux ; - les critères technico-économiques. 3) Chaînes fonctionnelles : - partie commande, partie opérative ; - relations entre partie commande et partie opérative ; - relations entre partie commande et opérateur ; - distinction des chaînes d’information et d’énergie ; - identification et description des constituants. Les activités sont organisées à partir : - de dossiers techniques incluant des documents multimédia ; - de supports physiques dédiés (systèmes didactisés ou non) ; - d'outils de simulation numérique. Ces activités d'étude des systèmes pourront se dérouler plus favorablement dans un laboratoire de S.I. ou dans une salle dédiée et peuvent être introduites dès le début de l'année scolaire. Elles serviront de présentation pour l’enseignement dispensé tout au long des deux années de formation. L'étude des chaînes fonctionnelles comme sous- ensembles de systèmes permet de construire une base de données de solutions industrielles associées aux fonctions principales (transférer, réguler, positionner, maintenir, transformer,...). Les constituants des chaînes fonctionnelles (capteurs, préactionneurs, actionneurs, transmetteurs,...) sont décrits en vue de leur identification. Les compétences acquises doivent permettre : - de situer le système industriel dans son domaine d'activité ; - d’identifier les matières d'œuvre entrantes et sortantes du système ; - de préciser les caractéristiques de la valeur ajoutée par le système ; - de déterminer ou calculer certaines performances et les comparer aux caractéristiques du dossier technique ; - d’identifier et caractériser les éléments de structure (sous -ensembles fonctionnels, chaînes fonctionnelles, uploads/Management/ programme-de-si-en-mpsi.pdf