Projet intégré de mécanique
Pierre Duysinx, coordinateur
Eric Béchet, Olivier Brüls, Jean-François Debongnie, Tristan Gilet, Jean Stuto
Département Aérospatiale & Mécanique
Université de Liège
Année Académique 2013-2014
Objectif du projet intégré
Développer sa capacité à mener à bien un projet de mécanique
Depuis l’idée jusqu’au prototype fonctionnel
En passant par les phases d’analyse, de préconception, de dimensionnement, de prototypage et de fabrication.
Objectif du projet intégré
Compléter la formation de base de l’étudiant ingénieur mécanicien en lui fournissant les éléments nécessaires en technologie
Susciter son intérêt pour développer ses connaissances en conception et en fabrication mécanique
Objectif du projet intégré
Connaissances antérieures
Nouvelle connaissance à acquérir
Processus d’apprentissage
Objectif du projet intégré
Les étudiants devront résoudre un problème de conception depuis la phase de conception préliminaire jusqu’à la production de plans et la planification de la fabrication.
L’apprentissage par projet qui soutient et développe la créativité des étudiants.
Objectif du projet intégré
La réalisation du projet est complétée en fonction de ses besoins spécifiques par :
Des exposés par des membres du personnel académique et scientifique,
Des séminaires dispensés par des industriels,
Des formations pratiques tels que séances de laboratoires de métrologie, méthodes de fabrication, des visites d’usine et des journées de travail sur le terrain…
Organisation du projet intégré
Séances de cours
Mardis PM et vendredis PM de septembre à mai
50% cours et séminaires
50% travaux dirigés
La présence à 75% des séances de travaux dirigés est obligatoire pour la réussite du projet.
Evaluation du projet
L’évolution du projet sera évaluée par une présentation finale du projet ainsi que des évaluations partielles lors de jalons à la Toussaint, à Noel et à Pâques.
Partiel de Noël : 30%
Présentation de juin: 30%
Dossier final: 40%
La défense des projets peut être réalisée en anglais.
Thèmes des cours et séminaires
Semestre 1 : Conception
Thème 0 (transversal):
Gestion de projet - L. Chefneux (Arcelor)
Recherche efficace en bibliothèque - Hassan Bougrine
Les brevets et la propriété intellectuelle (PiCarré)
Thèmes des cours et séminaires
Thème 1 : Le processus de conception
Le cycle de conception
Spirale de la conception
La conception assistée par ordinateur et le maquettage digital
Eco conception
Thème 2 : Le dessin technique
Standardisation et conventions du dessin technique
Cotation, tolérancement
Rugosité, définitions
Lectures de plans
Thèmes des cours et séminaires
Thème 3 : Transmission de puissance
Engrenages
Poulies, courroies, chaînes
Embrayages et freins
Thème 4 : Eléments d’assemblage
Soudage
Collage
Rivets, boulons et vis
Thèmes des cours et séminaires
Thème 5 : Etanchéité et joints
Thème 6 : Automatique
Asservissement linéaire
Introduction à la programmation des microcontrôleurs
Thèmes des cours et séminaires
Semestre 2 : Fabrication
Thème 11 : Méthodes de fabrication
Introduction au travail de bureau des méthodes
Cotation de fabrication & gamme de fabrication
Contraintes résiduelles.
Ablocage des pièces. Liaison outil-machine.
Usinage : méthodes spéciales et usinage de haute précision
Thèmes des cours et séminaires
Thème 12 : Productique – Jean Stuto (FN Herstal)
Machines-outils à commande numérique et lignes de production flexibles, langage ISO
Maintenance, maintenance prédictive, capabilité machine
Introduction à la qualité
Comptabilité analytique de l’atelier
Sociologie de l’atelier
Thèmes des cours et séminaires
Thème 13 : Métrologie
Etat de surface, définitions
Incertitudes et erreurs de mesure
Métrologie dimensionnelle
Méthodes classiques
Méthodes spéciales : micrométrologie
Méthodes optiques – séminaire (CSL)
Travaux pratiques au laboratoire
Projets de conception
Points clefs à considérer pour tous les sujets
Conception
Établissement du cahier des charges (fonctionnel, économique) – possiblement en lien avec d'autres groupes de travail
Établissement d'un calendrier de travail pour la partie conception
Choix pertinent parmi plusieurs technologies de réalisation permettant a priori de satisfaire le CDC
Projets de conception
Conception
Conception préliminaire
Validation de la faisabilité, tant en fabrication que du point de vue économique
Dimensionnement (en statique, dynamique si pertinent, thermique, etc.)
Validation sur l'ensemble des éléments du CDC
Édition de la liasse de plans d'ensemble, de définition
Définition des procédures de contrôle de la conformité (in fine, ce qui est conforme respecte le CDC sur ses parties fonctionnelles)
Projets de conception
Fabrication
Études pour la réalisation : en interne/ ou en sous-traitance, calendrier, aspects économiques
Fabrication en interne : conception des outillages (cycle de conception simplifié, plans), fiches / dossier de fabrication, outillages fabriqués en interne ou achetés... etc..
Sous-traitance : CDC, demande de prix, choix / validation économique
Mise en place des procédures en cas de non conformité (rebut, réparation … )
Fabrication
Réalisation d'un prototype : devis pour fournitures et sous-traitance, commandes/achats, réalisation, contrôle respect conformité.
Retour sur la conception et la fabrication, les choix effectués ...
Intégrer démarche qualité ?
Intégration du système
Test et validation
Projets de conception
Projets de conception
Réalisation par groupe de deux étudiants
Mise en jeux d’un maximum de compétences acquises en master
Synergie possible (souhaitable!!!) avec d’autres projets à réaliser dans le cadre d’autres cours (ex. Conception assistée par ordinateur) et les concours tels que Ingénieur de Projet
Développer l’esprit d’initiative: recherche bibliographique, commencer et gérer son projet, concevoir, dimensionner, dessiner des plans, superviser la fabrication…
Projet Intégré #1: Fauteuil roulant à
assistance ergonomique
Un personne handicapée moteur évolue et vieillit. Elle va utiliser progressivement un fauteuil à propulsion électrique.
Encadrement : Prof. Eric Bechet
Projet Intégré #1: Fauteuil roulant à
assistance ergonomique
Conception
Établissement du cahier des charges (fonctionnel, économique) . Bien identifier les usagers, clients, etc...
Choisir un concept qui répond au besoin principal (à définir précisément) et éventuellement apporte d'autres avantages en répondant à d'autres besoins secondaires
Établissement d'un calendrier de travail pour la partie conception
Choix pertinent parmi plusieurs technologies de réalisation permettant à priori de satisfaire le CDC
Conception préliminaire
Validation de faisabilité, tant en fabrication que économique
Dimensionnement (en statique, dynamique si pertinent, thermique etc...)
Validation sur l'ensemble des éléments du CDC
Édition de la liasse de plans d'ensemble, de définition ; définition des procédures de contrôle de la conformité (in fine, ce qui est conforme respecte le CDC sur ses parties fonctionnelles)
Projet Intégré #1: Fauteuil roulant à
assistance ergonomique
Fabrication
Études pour la réalisation : interne/ ou en sous-traitance, calendrier, aspects économiques
Fabrication interne : conception des outillages (cycle de conception simplifié, plans), fiches / dossier de fabrication, outillages fabriqués en interne ou achetés... etc..
Sous-traitance : CDC, demande de prix, choix / validation économique
Mise en place des procédures en cas de non conformité (rebut, réparation … )
Réalisation d'un prototype : devis pour fournitures et sous-traitance, commandes/achats,
réalisation, contrôle respect conformité.
Retour sur la conception et la fabrication, les choix effectués ...
Intégrer démarche qualité ?
Projet Intégré #3: Conception d’un moteur de
kart optimisé pour le bioéthanol
Conception et fabrication d’un moteur de kart fonctionnant au Bioéthanol
Encadrement : Prof. P. Duysinx, Y. Louvigny, K. Sartor, E. Tromme
Synergie avec projet ASTE
Projet Intégré #3: Conception d’un moteur de
kart optimisé pour le bioéthanol
Actuellement :
Moteur de kart à essence modifié pour fonctionner au bioéthanol résultat assez pauvre
Objectif
Concevoir complètement ou partiellement pour fonctionner de manière optimisée avec du bioéthanol ou du butanol
Fabriquer, tester et valider le prototype
Projet Intégré #3bis: Conception d’un moteur
diesel 2T à pistons opposés
Conception et fabrication d’un prototype de moteur de moteur 2T à pistons opposés
Encadrement : Prof. P. Duysinx, Y. Louvigny, K. Sartor, E. Tromme
Synergie avec projet ASTE, Eco Marathon
Projet Intégré #3bis: Conception d’un moteur
diesel 2T à pistons opposés
Objectif
Etude du concept: thermodynamique, cinématique et dynamique…
Etudes des composants: sur alimentation, admission, échappement, lubrification…
Production de plans et dimensionnement
Production d’un prototype fonctionnel
Applications:
Shell Eco Marathon (5 -15 kW)
Projets Intégré #4 Four solaire
Conception et fabrication
d’un four solaire à usage
domestique
Encadrement:
Tristan GILET
Principe:
Le four solaire est un système de cuisson fondé sur la capture du rayonnement solaire et sa transformation en chaleur
Projets Intégré #4 Four solaire
Avantages de la cuisson solaire • Pas d’énergie fossiles
Déforestation freinée, pollution nulle
• Cuisson lente
propriétés nutritives conservées
Inconvénients des systèmes actuels • Réflecteurs non-optimisés puissance limitée
• Lourd et encombrant difficilement manipulable
• Orientation manuelle pour suivre la course du soleil
• Aucun contrôle sur la température
Difficilement compatible avec le mode de vie européen
Projets Intégré #4 Four solaire
Objectif
Concevoir, fabriquer et tester (Miam…)
un four solaire à usage domestique(européen) ne possédant pas les inconvénients sus-mentionnés.
Description Durant la conception, on considérera:
• Les mécanismes permettant le suivi du soleil (axes de rotation, moteurs asservis)
• Des réflecteurs secondaires / occulteurs pour le contrôle de la température
• La maniabilité (positionnement des masses, frottements) et l’accessibilité
Projets Intégré #4 Four solaire
Mécanisme de base
Le four est essentiellement constitué d’un réflecteur et d’une enceinte de cuisson.
Le réflecteur est fait de miroirs agencés pour focaliser la lumière du soleil sur l’enceinte de cuisson. Le réflecteur est monté sur plusieurs axes de rotation permettant le suivi de la course du soleil.
L’enceinte de cuisson est un caisson thermiquement isolé dans lequel on dépose les plats/casseroles; elle bénéficie généralement d’un effet de serre.
Projets Intégré #4 Four solaire
Application
A l’heure actuelle, il existe de nombreux designs de four solaire répondant plus ou moins aux attentes des utilisateurs potentiels. Le mode de vie et la culture locale sont des éléments prépondérants dans la justification d’un design.
Dans le cadre de ce projet, il vous est demandé de répondre aux besoins du marché européen unifamilial.
Projets Intégré #4 Four solaire
Besoins et contraintes
La température doit être asservie, via un contrôle de la puissance délivrée au four (dans la mesure du disponible).
Le compartiment de cuisson doit pouvoir contenir plusieurs plats de différente taille. Il doit être chauffé le plus uniformément possible.
Les rotations seront assurées par des servomoteurs programmés.
L’encombrement doit être minimum. Le réflecteur doit rester manipulable indépendamment des servomoteurs ( couples et frottements faibles).
La sécurité de l’utilisateur est primordiale.
Le coût total de la fabrication (hors main d’oeuvre) doit être inférieur à 250EUR.
Projet Intégré #6: Bras robotisé et son
préhenseur
L’objectif de ce projet est de concevoir et réaliser robot composé de deux bras indépendants pouvant manipuler conjointement un objet dans un plan horizontal. Le design de l’objet à manipuler est libre, mais son poids est de minimum 50 g.
Encadrement: Prof. O. Bruls
Synergie : Ingénieur de projet
Motoman SDA Two-Arm robot
Projet Intégré #6: Bras robotisé et son
préhenseur
Dans le mode mono-actionné, l’objet est saisi et déplacé par un seul des deux bras.
Dans le mode co-actionné, l’objet est saisi et déplacé conjointement par les deux bras.
Le nombre de degrés de liberté n’est pas spécifié mais le système doit avoir au minimum un degré de liberté dans le mode co-actionné.
Dans chaque mode, l’espace de travail doit permettre des déplacements de minimum 5 cm.
Projet Intégré #6: Bras robotisé et son
préhenseur
Le système doit fonctionner selon ces deux modes et passer de l’un à l’autre selon une séquence pré-programmée.
Le cycle suivant:
Saisie de l’objet par le bras 1 et déplacement de 5 cm en mode mono-actionné
Transition en mode co-actionné et déplacement de 5 cm
Transition en mode mono-actionné pour le bras 2 et déplacement de 5 cm doit être réalisé en maximum 5 s.
Projet Intégré #7: Eolienne domestique
L’objectif de ce projet est de concevoir et réaliser une éolienne domestique
Encadrement: Prof. O. Bruls
Ce projet est proposé dans le cadre du concours « Ingénieur de Projet ». Une description complète peut être trouvée sur la page :
https://www.dropbox.com/s/mmlrjly3cfa585y/5%20-%20Eolienne%20domestique.doc
Projet Intégré #7: Eolienne domestique
Ce projet est proposé dans le cadre du concours « Ingénieur de Projet ». Une description complète peut être trouvée sur la page :
https://www.dropbox.com/s/mmlrjly3cfa585y/5%20-%20Eolienne%20domestique.doc
Projet #8: Tondeuse à gazon automatique
Avant-projet de tondeuse à gazon à avance automatique
Encadrants: J.-F. Debongnie
Projet #8: Tondeuse à gazon automatique
Objectifs:
État de la question : examen des solutions adoptées sur les tondeuses du commerce, avec discussion.
Définition des grandeurs utiles : vitesse d’avance à atteindre (il existe une limite à ne pas dépasser, en fonction du régime du moteur), vitesse de rotation correspondante de l’essieu…
Discussion des deux solutions possibles, à savoir, roues avant motrices et roues arrières motrices.
Choisissant un moteur courant, établir la transmission d’avance et habiller la tondeuse en conséquence.
Projet #9: Banc à rouleaux pour le test des
petits véhicules
Développement d’un banc à rouleaux pour tester les petits véhicules dans le cadre des activités didactique du service: Shell Eco Marathon, Kart didactiques…
Encadrants: P. Duysinx, X. Tasquin, Y. Louvigny
Projet #9: Banc à rouleaux pour le test des
petits véhicules
Contexte: développement et prototypage de petits véhicules (Pmax < 6 kw)
Shell Eco Marathon
Karts didactiques ASTE
Objectifs:
Banc à rouleaux permettant de tester et caractériser les véhicules en développement
Mesure le puissance et de la force à la roue
Au moins deux modes de fonctionnement: vitesse asservie, loi de roue
Acquisition de données
Projet intégré # 11: Porte caméra orientable
pour un drone
Contexte :
Dans le cadre des TFE d'aérospatiale, on envisage la réalisation d'un drone. Celui ci doit être utilisé pour la surveillance et comporte un volume dédié à un appareil photo ou une caméra orientable.
L'objet de ce projet est la conception de cette nacelle.
Projet intégré # 12: Tire vélo
Contexte:
Pour les villes comme Liège avec des collines, la pratique du vélo est rendue difficile par l’obligation de gravir les côtes.
Description du projet
L’objet du projet est d’imaginer et dimensionner un système de tire vélo capable d’emporter le cycliste et son vélo en remontant la pente à vitesse modérée.
Encadrement:
Tristan Gilet
Projet intégré # 12: Tire vélo
Besoins et contraintes
Le système doit tracter le vélo et son l’utilisateur.
Le câble est souterrain.
Le système doit pouvoir s’adapter en un clic sur la plupart des vélos.
Le système doit maintenir le vélo stable durant la traction, y compris à vitesse élevée.
Les manœuvres d’engagement/désengagement doivent être simples, rapides et intuitives.
Si une pièce doit être fixée sur le vélo, son prix et son encombrement doivent être minimisés.
Le coût total de fabrication du prototype (hors main d’oeuvre) doit être inférieur à 100EUR.
Projet intégré # 13: Etuve pour
fabrication de composites
Contexte:
Un atelier de fabrication de pièces composites a besoin d'une étuve pour fabriquer des pièces de qualité mécanique irréprochable (les performance optimale des résines polymères sont obtenues après cuisson à haute température).
L'étuve classique être dimensionnée par rapport aux pièces les plus grosse devant être réalisées, même si cela n'arrive qu'une fois tous les ans.
Projet intégré # 13: Etuve pour
fabrication de composites
Objet du projet:
On souhaite donc étudier le concept d'une étuve de volume variable, ce qui a plusieurs avantages : Amélioration la capacité de chauffe à puissance donnée
Économie d'énergie par minimisation des surfaces d'échange avec l'ambiant
Rangement facile de l'outillage si il est inutilisé
Projet intégré # 14: Etude d’un
tribomètre
Objet du projet:
L’Université de Liège, jadis pionnière dans le domaine de la lubrification, ne possède plus à l’heure actuelle d’un tribomètre arbre-palier, encore appelé banc d’essai Stribeck.
L’idée est donc d’en reconstruire un nouveau, non pas sur base des réalisations anciennes, mais après une ré-étude complète du cahier des charges et des solutions techniques possibles.
Encadrement:
Jean-François Debongnie
Projet intégré # 14: Etude d’un
tribomètre
Cahier des charges
Le tribomètre devrait avoir les possibilités suivantes :
1. Vitesse de rotation réglable de pratiquement zéro à des vitesses habituelles de 1500 à 3000 tr/min.
2. Mise en charge variable et mesurable, de zéro à une charge maximale à déterminer en fonction des caractéristiques générales de l’essai.
3. Dispositif d’alimentation du palier en huile.
4. Mesure précise du coefficient de frottement à l’arbre (qui diffère du coefficient de frottement au palier).
Projet intégré # 15: Etude d’un système
de découpe de master pour composite
Contexte:
Lors de la fabrication de moule en matériaux composites, on est amené a réalisé des masters typiquement en mousse de PU ou autre matériaux. Une technique possible est la section des volumes en tranches que l’on usine selon le profil extrait de la CAO.
Projet intégré # 15: Etude d’un système
de découpe de master pour composite
Objet du projet
On souhaite réaliser une machine qui puisse réaliser de manière automatique les tranches du master selon un profil donné.
On souhaite également que le travail soit accompagné de l’outil logiciel qui permette de transformer le modèle CAO en tranches et être interprété par la machine de découpe.
La première application sera la réalisation de moule pour le Shell Eco Marathon.
Calendrier
4/10/13: Sélection des projets et constitution des groupes
25/10/13 Evaluation du cahier des charges et de la
définition du problème
20/12/13 Evaluation (partiel 30%) du prédesign et du
concept sélectionné
14/03/13 Evaluation dimensionnement avant ordres
d’achats et de fabrication
23/05/13 Remise des dossiers complets
19/6 ou 20/6 Défense des projets