1. Principes de conception des systèmes et développement durable

1.1 Compétitivité et créativité

1.1.1 Paramètres de la compétitivité

Importance du service rendu (besoin réel et besoin induit)

Innovation (de produit, de procédé, de marketing)

Recherche de solutions techniques (brevets) et créativité, stratégie de propriété industrielle (protection du nom, du design et de l’aspect technique), enjeux de la normalisation

Design produit et architecture

Ergonomie : notion de confort, d’efficacité, de sécurité dans les relations homme-produit, homme-système

1.1.2 Cycle de vie d’un produit et choix techniques, économiques et environnementaux

Les étapes du cycle de vie d’un système
Prise en compte globale du cycle de vie

T.C.-1.1.2

Cycle de vie d’un produit

1.1.3 Compromis complexité-efficacité-coût

Relation fonction/coût/besoin
Relation fonction/coût/réalisation
Relation fonction/impact environnemental

1.2 Éco-conception

1.2.1 Étapes de la démarche de conception

Expression du besoin, spécifications fonctionnelles d’un système (cahier des charges fonctionnel)

1.2.2 Mise à disposition des ressources

Coûts relatifs, disponibilité, impacts environnementaux des matériaux

Enjeux énergétiques mondiaux : extraction et transport, production centralisée, production locale

1.2.3 Utilisation raisonnée des ressources

Propriétés physico-chimiques, mécaniques et thermiques des matériaux

Impacts environnementaux associés au cycle de vie du produit :

– conception (optimisation des masses et des assemblages)
– contraintes d’industrialisation, de réalisation, d’utilisation (minimisation et valorisation des pertes et des rejets) et de fin de vie
– minimisation de la consommation énergétique

Efficacité énergétique d’un système

Apport de la chaîne d’information associée à la commande pour améliorer l’efficacité globale d’un système

2. Outils et méthodes d’analyse et de description des systèmes

2.1 Approche fonctionnelle des systèmes

2.1.1 Organisation fonctionnelle d’une chaîne d’énergie

Caractérisation des fonctions relatives à l’énergie : production, transport, distribution, stockage, transformation, modulation.

T.C.-2.1.1

Chaine d’énergie

2.1.2 Organisation fonctionnelle d’une chaîne d’information

Caractérisation des fonctions relatives à l’information : acquisition et restitution, codage et traitement, transmission

2.2 Outils de représentation

2.2.1 Représentation du réel

Croquis (design produit, architecture)

Représentation volumique numérique des systèmes

Exploitation des représentations numériques

2.2.2 Représentations symboliques

Représentation symbolique associée à la modélisation des systèmes : diagrammes adaptés SysML, graphe de flux d’énergie, schéma cinématique, schéma électrique, schéma fluidique.

T.C.-2.2.2_1

Diagrammes SysML

schémas cinématiques

Symboles dans les schémas électriques et fluidiques

Schéma architectural (mécanique, énergétique, informationnel)

Représentations des répartitions et de l’évolution des grandeurs énergétiques (diagramme, vidéo, image)

Représentations associées au codage de l’information : variables, encapsulation des données

2.3 Approche comportementale

2.3.1 Modèles de comportement

Principes généraux d’utilisation
Identification et limites des modèles de comportements, paramétrage associé aux progiciels de simulation

Identification des variables du modèle, simulation et comparaison des résultats obtenus au système réel ou à son cahier des charges

2.3.2 Comportement des matériaux

Matériaux composites, nano matériaux. Classification et typologie des matériaux

Comportements caractéristiques des matériaux selon les points de vue

Mécaniques (efforts, frottements, élasticité, dureté, ductilité)

T.C.-2.3.2_2

Comportement des matériaux points de vue mécaniques

Thermiques (échauffement par conduction, convection et rayonnement, fusion, écoulement)

T.C.2.3.2_3

Comportement des matériaux points de vue thermiques

Électrique (résistivité, perméabilité, permittivité)

2.3.3 Comportement mécanique des systèmes

Équilibre des solides : modélisation des liaisons, actions mécaniques, principe fondamental de la statique, résolution d’un problème de statique plane

Comportement mécanique des systèmes

Résistance des matériaux : hypothèses et modèle poutre, types de sollicitations simples, notion de contrainte et de déformation, loi de Hooke et module d’Young, limite élastique, étude d’une sollicitation simple

1( Introduction et essai de traction)

Exercices essai de traction

2 (contrainte et loi de Hooke)

Exercices loi de Hooke

Vidéo annexe

Torseur de cohésion

Partie3 (Flexion)

2.3.4 Structures porteuses

Aspects vibratoires

Transfert de charges

Structures porteuses

2.3.5 Comportement énergétique des systèmes

Analyse des pertes de charges fluidiques, caractéristiques des composants

Les paramètres de gestion de l’énergie liés au stockage et aux transformations

Conservation d’énergie, pertes et rendements, principe de réversibilité

Natures et caractéristiques des sources et des charges

Caractérisation des échanges d’énergie entre source et charge : disponibilité, puissance, reconfiguration, qualité, adaptabilité au profil de charge, régularité

2.3.6 Comportements informationnels des systèmes

Caractérisation de l’information : expression, visualisation, interprétation, caractérisations temporelle et fréquentielle

Modèles de description en statique et en dynamique

Modèles algorithmiques : structures algorithmiques élémentaires (boucles, conditions, transitions conditionnelles). Variables

3. Solutions technologiques

3.1 Structures matérielles et/ou logicielles

3.1.1 Choix des matériaux

Principes de choix, indices de performances, méthodes structurées d’optimisation d’un choix, conception multi-contraintes et multi-objectifs

3.1.2 Typologie des solutions constructives des liaisons entre solides

Caractérisation des liaisons sur les systèmes

Relation avec les mouvements/déformations et les efforts

3.1.3 Typologie des solutions constructives de l’énergie

Système énergétique mono-source

Système énergétique multi-source et hybride

3.1.4 Traitement de l’information

Codage (binaire, hexadécimal, ASCII) et transcodage de l’information, compression, correction

T.C.-3.1.4_1

Transcodage

Programmation objet : structures élémentaires de classe, concept d’instanciation

T.C.-3.1.4_2

Programmation orientée objet

Traitement programmé : structure à base de microcontrôleurs et structures spécialisées (composants analogiques et/ou numériques programmables)

Systèmes événementiels : logique combinatoire, logique séquentielle

Traitement analogique de l’information : opérations élémentaires (addition, soustraction, multiplication, saturation)

3.2 Constituants d’un système

3.2.1 Transformateurs et modulateurs d’énergie associés

Adaptateurs d’énergie : réducteurs mécaniques, transformateurs électriques parfaits et échangeurs thermiques

T.C.-3.2.1_1

Réducteurs mécaniques
Transformateurs thermiques

Actionneurs et modulateurs : moteurs électriques et modulateurs, vérins pneumatiques et interfaces, vannes pilotées dans l’habitat pour des applications hydrauliques et thermiques

T.C.-3.2.1_2

Les actionneurs

Accouplements permanents ou non, freins

Convertisseurs d’énergie : ventilateurs, pompes, compresseurs, moteur thermique

Éclairage

3.2.2 Stockage d’énergie

Constituants permettant le stockage sous forme :

– mécanique, hydraulique ou pneumatique : sous forme potentielle et/ou cinétique
– chimique : piles et accumulateurs, combustibles, carburants, comburants
– électrostatique : condensateur et super condensateur
– électromagnétique
– thermique : chaleur latente et chaleur sensible

T.C.-3.2.2

Stockage de l’énergie

3.2.3 Acquisition et codage de l’information

Capteurs : approche qualitative des capteurs, grandeur mesurée et grandeurs d’influence (parasitage, sensibilité, linéarité)

T.C.-3.2.3_1

Capteurs: Cours+exercices d’application

Conditionnement et adaptation du capteur à la chaîne d’information, échantillonnage, blocage

Filtrage de l’information : types de filtres (approche par gabarit)

T.C.-3.2.3_3

Filtrage: Cours + exercice d’application

Restitution de l’information : approche qualitative des démodulations (transducteurs voix, données, images ; commande des pré-actionneurs)

3.2.4 Transmission de l’information, réseaux et internet

Transmission de l’information (modulations d’amplitude, modulations de fréquence, modulations de phase)

Caractéristiques d’un canal de transmission, multiplexage

Organisations matérielle et logicielle d’un dispositif communicant : constituants et interfaçages

T.C.-3.2.4_3

Transmission de l’information: Les liaisons de données

Modèles en couche des réseaux, protocoles et encapsulation des données

Adresse physique (Mac) du protocole Ethernet et adresse logique (IP) du protocole IP. Lien adresse Mac/IP : protocole ARP

T.C.-3.2.4_5

Transmission de l’information: L’adressage

Architecture client/serveur : protocoles FTP et HTTP

T.C.-3.2.4_6

Transmission de l’information: Architecture client/serveur

Gestion d’un noeud de réseau par le paramétrage d’un routeur : adresses IP, Nat/Pat, DNS, pare-feu

T.C.-3.2.4_7

Transmission de l’information: Transmission sur l’internet