Projet intégré de mécanique

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
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
Processus
d’apprentissage
Nouvelle
connaissance à
acquérir
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 … )
Projets de conception

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




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 TwoArm 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 préprogrammée.
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/mmlrjly3cfa58
5y/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
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
Bon travail