Transcript Rénovation des BTS de la mécanique : Le BTS CPI

3. Le BTS Conception de produits
Industriels
Rénovation des BTS de la mécanique
Michel Rage & Dominique Taraud, le 8 décembre 2015
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BTS CPI 2015 – Objectifs de la rénovation du BTS CPI
Des objectifs spécifiques au BTS CPI
1. Assumer les origines différentes des étudiants (baccalauréats technologiques et
professionnels).
2. Augmenter les compétences relatives à la conception détaillée des mécanismes,
en conservant l’acquis sur les spécifications
3. Développer une culture technique des solutions constructives par des activités
d’agencement des mécanismes.
4. Limiter le niveau de mécanique pour mieux ancrer les compétences de base
visées.
5. Utiliser, de façon assistée si nécessaire et en confrontation avec le réel chaque
fois que cela est possible, les simulations numériques pour consolider les
apprentissages et obtenir des résultats vérifiables.
6. Acquérir une véritable culture de l’industrialisation des produits et des pièces
mécaniques par un travail collaboratif
7. Elargir la conception des produits à la conception d’un outillage mécanique.
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BTS CPI 2015 – Compétences partagées
Des compétences partagées avec les autres BTS
de la famille
4 Compétences transversales
C1
S'intégrer dans un environnement professionnel, assurer une veille
technologique et capitaliser l’expérience.
C2
Rechercher une information dans une documentation technique, dans
un réseau local ou à distance.
C3
Formuler et transmettre des informations, communiquer sous forme
écrite et orale y compris en anglais.
C4
S’impliquer dans un groupe projet et argumenter des choix techniques
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BTS CPI 2015 – Compétences métier
10 compétences métier
C5
Elaborer ou participer à l’élaboration d’un cahier des charges
fonctionnel.
C6
Recenser et spécifier des technologies et des moyens de réalisation.
C7
C8
C9
C10
C11
C12
C13
C14
Concevoir et définir, à l'aide d'un logiciel de CAO et des outils de
simulation associés, un système, un outillage ou des pièces
mécaniques satisfaisant au cahier des charges fonctionnel.
Imaginer et proposer des solutions techniques en réponse à un cahier
des charges.
Dimensionner tout ou partie d’une chaîne d’énergie en autonomie
et/ou en collaboration avec un spécialiste.
Optimiser le choix d’une solution technique en tenant compte des
contraintes technico économiques.
Participer à un processus collaboratif de conception et de réalisation
de produit.
Intégrer l’éco-conception dans la conception d’un produit.
Intégrer le prototypage dans la conception et la réalisation d’un
produit.
Élaborer le dossier de définition d’un produit (pièces cotées et
tolérancées).
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BTS CPI 2015 – Relations activités/tâches/compétences
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BTS CPI 2015 – Savoirs associés professionnels
S1 – DEMARCHE DE CONCEPTION ET GESTION DE PROJET
S1.1 – Ingénierie
système et analyse
fonctionnelle
Les outils de description « habituels » sont conservés et ils deviennent partie
intégrante de l’ingénierie système avec les outils SysML
S1.2 – Organisation
de l’entreprise
industrielle
L’acquisition de ces connaissances peut avantageusement se faire à l’occasion
des périodes d’activité en entreprise ou de stage industriel pour permettre à
l’étudiant de situer son action au sein de l’entreprise et de visualiser
l’organisation collaborative des différents services dans le déroulement des
projets.
S1.3 – Compétitivité
des produits
industriels
L’acquisition des connaissances et compétences associées à la compétitivité
des produits industriels s’inscrit dans la continuité de ces enseignements tels
qu’ils sont proposés en STI2D. Ils se font essentiellement lors d’études de cas
concrètes, de mini projets et des projets.
S1.4 –
Développement
durable et éco
conception
L’éco-conception fait partie intégrante de démarches environnementales et de la
prise en compte de la disponibilité des ressources , cela se situe en complet
prolongement des enseignements de STI2D.
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BTS CPI 2015 – Savoirs associés professionnels
S2 – CHAINE NUMERIQUE
S2.1 – Concept de
« chaîne numérique »
Il s’agit ici de replacer les outils de CAO et de simulation dans l’environnement
du projet. Créer, échanger, stocker et protéger toutes les informations
numériques relatives à un projet, avec des systèmes tels que le PDM (Product
Data Management) ou le PLM (Product Lifecycle Management) relèvent de
démarches stratégiques pour les entreprises.
S2.2 – Simulation
Il s‘agit d’intégrer le plus tôt possible dans le processus de création les
contraintes d’industrialisation et d’optimisation, d’ancrer une méthodologie de
manipulation des outils de simulation
S2.3 – Outils de
conception et
représentation
numériques
Si la maîtrise des fonctionnalités des outils de CAO 3D est une compétence
majeure du métier de technicien BE, elle doit être associée à une maîtrise
méthodologique qui permettra au technicien de choisir la méthode la mieux
adaptée à son problème ou à une étape de la conception. L’apprentissage des
outils de CAO doit intégrer cette double dimension.
S2.4 – Représentations
graphiques dérivées
des maquettes
numériques
Les savoir-faire associés à ces représentations ne font pas l’objet
d’enseignements spécifiques mais sont toujours contextualisés et mobilisés à
l’occasion des rapports, compte-rendu et production de dossiers techniques.
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BTS CPI 2015 – Savoirs associés professionnels
S3 – COMPORTEMENT DES SYSTÈMES MÉCANIQUES
S3.1 – Chaîne
d’énergie
Le programme s’attache à aborder le concept d’énergie comme
étant une grandeur physique caractérisant l’état d’un système et
comme étant transformée tout au long d’une chaîne d’énergie.
Dans son activité professionnelle, le titulaire du BTS CPI est
confronté au dimensionnement des chaînes d’énergie, en particulier
lors de la motorisation électrique des systèmes étudiés.
S3.2 – Etude des
comportements
mécaniques des
pièces et des
systèmes
Le titulaire du BTS CPI, confronté au dimensionnement de systèmes
techniques, doit être capable de proposer des modélisations de
problèmes pour des cas simples puis de conduire les simulations
d’étude de comportement mécanique correspondantes. Dans les
autres cas, il est capable de dialoguer avec un spécialiste à qui il
confie les modélisations.
En autonomie, le titulaire du BTS CPI interprète les résultats des
simulations afin d'en tirer les conséquences sur les conceptions qu’il
propose.
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BTS CPI 2015 – Savoirs associés professionnels
S4 – MATERIAUX ET TRAITEMENTS
S4.1 – Structure et
caractéristiques des
matériaux:
On ne vise pas l’apprentissage systématique des désignations et des
caractéristiques de tous les matériaux.
Il s’agit d’amener les étudiants à identifier les éléments importants et
les caractéristiques principales des familles de matériaux les plus
employées et de rechercher le matériau adapté dans une base de
données.
Ordres de grandeur, unités et comparaisons critériées entre
matériaux sont les mots clés.
S4.2 – Domaines
d'utilisation et
traitements des
matériaux :
Les transformations physiques et chimiques des divers traitements
de transformation et d’amélioration des caractéristiques des
matériaux ne sont pas traitées dans ce chapitre mais sont abordées
dans le cours de Physique et Chimie.
S4.3 – Interaction
fonction matériaugéométrie-procédécoût
Il s'agit ici de sensibiliser les étudiants au choix de matériau en
prenant en compte l'ensemble des contraintes fonctionnelles d’une
pièce..
Ces savoirs sont directement liés à ceux du chapitre S712 :
Optimisation du choix des procédés de réalisation
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BTS CPI 2015 – Savoirs associés professionnels
S5 – TECHNOLOGIE DES MECANISMES
S5.1 – Solutions
constructives
associées aux liaisons
Les savoirs et connaissances relatifs à ces solutions constructives
seront traités en liaison avec l’étude des chaînes d’énergie (voir
S3.1 – Chaîne d’énergie).
S5.2 – Eléments de
transmission de
puissance
L’objectif est d’apporter une culture des constituants de
transmission de puissance.
S5.3 – Eléments de
conversion d’énergie
S5.4 – Capteurs
S5.5 – Recherche
documentaire
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BTS CPI 2015 – Savoirs associés professionnels
S6 – SPECIFICATIONS ET PROCESSUS DE CONTROLE
S6.1 – Spécification
des produits.
S6.2 – Processus de
contrôle
L’approche de la spécification dimensionnelle et géométrique des
produits s’appuie sur l’analyse du fonctionnement attendu d’un
produit pour aboutir, par l’utilisation d’une méthodologie de cotation
structurée, à l’identification de conditions fonctionnelles et à une
cotation de définition des différentes pièces d’un mécanisme
respectant la norme ISO en vigueur.
S7 – TECHNOLOGIE DES PROCEDES
S7.1 – Interaction
conception
industrialisation,
optimisation de la
relation produitmatériau-procédé
L’approche des procédés s’appuie sur l’identification des principes
de transformation utilisés et sur les caractéristiques des familles de
matériaux transformés.
Elle permet d’associer aux procédés les principales caractéristiques
des pièces obtenues (qualités et défauts, dimensions, précision,
impacts environnementaux, coûts).
S7.2 – Création de
prototypes de pièces
et de mécanismes
Le terme générique « prototype » désigne la réalisation d’une
maquette physique, à une échelle donnée, d’un mécanisme ou d’une
pièce unique, permettant de valider des caractéristiques attendues.
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BTS CPI 2015 – Relations Tâches / Compétences / Épreuves
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Page 12
BTS CPI 2015 – Organisation des épreuves
E1: Culture générale
expression
U1: Culture générale
expression
CCF (x3)
E2: LV étrangère
anglais
U2: LV étrangère anglais
CCF (x2)
U31: Mathématiques
CCF (x2)
U32: Physique Chimie
CCF (x2)
E3: Mathématiques
et Physique Chimie
E4: Etude
préliminaire des
produits
U41: Besoin et CdCF
EP oral
U42: Conception
préliminaire
EP écrit
U51: Conception détaillée
EP oral
U52: Rapport de stage
EP oral
E5: Projet industriel
E6: Prototypage et
industrialisation des
produits
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U61: Projet de prototypage
CCF
oral
U62: Projet collaboratif
CCF
oralPage 13
1ère année
Projet
industriel
U41: Besoin
et CdCF
BTS CPI 2015 – Organisation des épreuves
2ème année
E
C
A
EP
U42:
Conception
préliminaire
EP
U51:
Conception
détaillée
U52:
Rapport de
stage
Projet
industriel
Stage
industriel
U61: Projet
de
prototypage
U62: Projet
collaboratif
EP
EP
Projet
prototypage
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E
C
A
Projet
Collaboratif
CCF
CCF
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BTS de la mécanique: les activités professionnelles
Un horaire d’enseignement professionnel
globalisé, réparti au niveau de
l’établissement…
1ère année
5. Enseignement
professionnel
2ème année
Semaine
a + b + c (2)
Année (3)
Semaine
a + b + c (2)
Année (3)
20
6 (6) + 3 + 11
600
20
6 (6) + 3 + 11
720
Proposition d’un exemple de répartition possible des 20 heures (6+3+11) d’enseignement
professionnel STI (relevant de la responsabilité du chef d’établissement).
5.1 Comportement
des systèmes
techniques
3 (10) + 1 + 2
3 (10) + 1 + 2
5.2 Construction
mécanique
2 (11) + 2 + 6
2 (11) + 2 + 6
1+0+3
1+0+3
5.3. Industrialisation
des produits
(10) : Dont une demi-heure de co-enseignement Mathématiques et STI
(11) :Dont une heure de co-enseignement STI et Anglais
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BTS CPI 2015 – Organisation des épreuves
Deux épreuves nouvelles de projet
1. Deux épreuves de projet, intégrées ou non dans le projet
industriel de seconde année, en fonction du thème et des
possibilités techniques (choix de l’équipe pédagogique).
2. Un projet de prototypage, pour s’assurer que le prototypage
rapide intègre le processus de conception
3. Un projet collaboratif d’optimisation de produit, pour apprendre à
collaborer efficacement entre spécialistes de conception et de
réalisation
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EXEMPLE DU PROTOTYPAGE D’UNE PIÈCE DE FONDERIE
BTS CPI 2015 – Epreuve U61 – Projet de prototypage
Définition et simulation d’une pièce de fonderie d’un
projet industriel de conception détaillée
Impression 3D du moule sur
machine PROMETAL
Pièce à
valider
Coef: 2
Durée: 20 heures
Evaluation:
• CCF
• Epreuve orale
• Présentation et
soutenance
individuelles
Prototypage
d’une pièce
vraie matière
vrai procédé
Moule sable et pièce
proto
Pièce et
procédé
validée
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Magazine Fonderie de Mai 2015
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Type
Additif
BTS CPI 2015 – Systèmes de prototypage additifs
Procédés
Caractéristiques Avantages
Matières
Inconvénients
Dépôt de fil
Support
fusible
Thermoplastiques
Utilisations
Vraie matière plastique (chargée) Pièces plastiques
Coût < 20 000€
Poudre
Parois >3mm
collée et
Design (couleur,
imprégnation images)
résine
Ni vraie matière, ni vrai procédé
Aspiration des vapeurs
Coût = 20 000€
Vérification formes et
design
Projection
gouttes et
polymérisati
on UV
Vraie matière plastique
Bon état de surface
Coût >> 20 000€
Coûts matières élevés
Petites pièces résine
sans finition
Production série de
pièces
Parois fines, détails
fins
Photopolymé Petites pièces, parois
risation DLP fines, détails fins
Vraie matière, charges possibles, Petites pièces résine,
très bon état de surface,
post polymérisation
Coût > 10 000€
UV
Frittage et
fusion de
poudre au
laser
Poudres métalliques
Polymères
Atmosphère neutre Coût = 200
000€
Une première machine polymère
coût< 20 000€
Les premières têtes d’addition
métal à monter dans le porte
outils (CN) apparaissent coût
>20000€
Pièces vraie matière
dont moules
Production série
Collage de
sable
fonderie
Sables de moulage
Coût = 200 000€
Fabrication moules de
fonderie
Titre de la présentation > date
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Type
Soustractif
BTS CPI 2015 – Systèmes de prototypage soustractifs
Procédés
Caractéristiques
Matières
Avantages
Inconvénients
Utilisations
Découpe laser
Matières plastiques
Tôles minces (<1,5mm)
Coût = 30 000€
Découpe fine,
gravures
(gravure profonde
6mm possible sur
métal avec certains
équipements)
Découpe jet
d’eau
Toutes matières dont tôles
épaisses
Coût = 200 000€
Découpe, réalisation
d’ébauches
Découpe par
couches
Usinage plaques toutes
matières et assemblées
(type Charlyrobot)
Pièces de grandes
Moules et modèles
dimensions
fonderie,
Précision moyenne
thermoformage
Coût = 20 000€ (temps
d’assemblage et finition
longs)
Coulée sous
vide
Matières plastiques,
chargées à partir modèle
CAO imprimé 3D et moule
silicone.
Cire perdue en vraie
matière
Taille pièce limitée
Pièces vraies matières
ou matière résistance
équivalente
Titre de la présentation > date
Petites pièces vraie
résistance (moule
silicone) et vraie
matière(cire perdue)
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BTS CPI 2015 – Epreuve U62 – Projet collaboratif
OBJECTIF
Collaborer avec un spécialiste de la réalisation pour optimiser la
conception d’une pièce mécanique.
ORGANISATION
Projet industriel réel ou adapté
Mécanisme
Coef: 3
Durée: 20 heures
Evaluation:
• CCF (20min)
• Epreuve orale
• Présentation
collective
• Soutenance
individuelle
Pièce à
optimiser
Groupe BTS
Réalisation série,
unitaire, procédé
(ou industriel
ou enseignant)
Groupe BTS CPI
Pièce
optimisée
Titre de la présentation > date
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BTS CPI 2015 – Epreuve U62 – Projet collaboratif
EXEMPLE DE RECONCEPTION D’UNE PIÈCE MÉCANO SOUDÉE EN
FONDERIE
Pièce mécano soudée
extraite d’un projet
industriel
Pièce à
optimis
er
Analyse fonctionnelle et
topologique de la pièce
Conception des formes et
dimensions de la pièce
obtenue en fonderie
Simulation et vérification
de ses performances
Travail
collaboratif
de
conception
Pièce
optimisé
e
Titre de la présentation > date
Magazine Fonderie de Mai 2015
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BTS CPI 2015 –Recommandations pédagogiques
Un enseignement fondé sur des activités pratiques d’analyse et de
simulations…
• Développer la formation à la culture des solutions
techniques mécaniques :
• en utilisant les mallettes pédagogiques d’analyse de constituants
mécanique disponibles dans les établissements;
• en réinventant les activités d’agencement de systèmes, permettant
un travail de groupe autour d’un vrai système démonté, remonté,
analysé…
• en y intégrant des activités de métrologie associées à la
spécification géométrique des produits, au fonctionnel et aux
procédés;
• En y associant l’analyse de maquettes numériques et de simulations
numériques associées…
Bref, en mettant enfin en place de véritables travaux
pratiques d’ingénierie mécanique, associant la
construction et la fabrication, les matériaux et les
procédés…
Titre de la présentation > date
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Page 22
Merci de votre attention.
Titre de la présentation > date
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