Les concepts clés liés au programme de formation du bac

Les concepts clés L’approche MEI ou la démarche d’ingénierie des systèmes La description des systèmes pluri techniques La compétitivité des produits Design et architecture Eco conception Normalisation et propriété intellectuelle Le domaine de la matière Le domaine de l’énergie Le domaine de l’information

L’ingénierie système L’Ingénierie Système peut se définir comme : Un processus coopératif et interdisciplinaire de résolution de problème, S’appuyant sur les connaissances, méthodes et techniques issues de la science et de l’expérience, Mis en œuvre pour définir, faire évoluer et vérifier la définition d’un système (ensemble organisé de matériels, logiciels, compétences humaines et processus en interaction) Apportant une solution à un besoin opérationnel identifié conformément à des critères d’efficacité mesurables, Qui satisfasse aux attentes et contraintes de l’ensemble de ses parties prenantes et soit acceptable pour l’environnement, En cherchant à équilibrer et optimiser sous tous les aspects l’économie globale de la solution sur l'ensemble du cycle de vie du système.

Le processus d’ingénierie

Les deux niveaux d’architecture

Modèles de représentation et de simulation

Design produit et architecture Le design de produit (industriel) est une activité créatrice dont le but est de répondre aux différents usages et qualités des objets au travers des procédés, des services et des systèmes dans lesquels, ils sont intégrés au cours de leur cycle de vie Matériaux, Technologie DOMAINES - L’objet, - L’espace construit, - Les services, - L’image, - La mode. Design Fonctionnalités Esthétique Conformes aux exigences d’une production industrielle Conception Création

Design produit et architecture L’architecture permet de concevoir des habitats, des aménagements urbains, des ouvrages spécifiques dans des cadres réglementaires et sur fond d’éco conception et de développement durable. Chaque réalisation architecturale reste un prototype unique. L’impact visuel dans du site d’implantation reste souvent un élément majeur. Matériaux, Technologie DOMAINES - L’environnement (Paysage et urbanisme) - Le cadre bâti Architecture Fonctionnalités Esthétique Conformes aux exigences d’une construction ou d’un ouvrage Conception Création

Approches spécifiques en phase projet Exemple sur un produit

Approches spécifiques en phase projet Exemple en architecture

La démarche d’éco conception Les contraintes environnementales ne doivent donc pas être un prétexte à une étude de produit complètement orientée vers le développement durable et négliger les autres facteurs essentiels à son existence en termes de besoins comme de faisabilité technique maîtrise des coûts faisabilité technique attentes des clients Produit éco-conçu environnement

Cadre ACV Démarche gourmande en temps : exemples simples Notion d’unité fonctionnelle : le lien avec le service rendu Choisir des indicateurs d’impacts les plus pertinents, les évaluer à l’aide d’outils logiciels, donner des représentations parlantes (consommation d’eau, empreinte écologique, énergie primaire consommée, etc.) Eco conception par typologie

Les pistes d’analyse en STI2D

La normalisation et la protection industrielle Qu’est ce qu’une norme, à quoi ça sert ? Différence entre normalisation et réglementation, certification L’organisation de la normalisation La normalisation un outil stratégique service de l’innovation Il ne s’agit en aucun cas d’un apprentissage des contenus des normes qui ne sont utiles que pour l’enseignant

Le domaine de la matière Deux approches complémentaires Deux domaines d’application complémentaires : les systèmes mécatroniques et les ouvrages Matériaux et structures Les matériaux Caractéristiques Classifications Sollicitations mécaniques des matériaux Relation charge/matériau/déformation Transformation des matériaux Choix d’un matériau Matériau et DD Les structures Fonctions des structures Typologie des structures Géométries des structures Modélisation d’une structure Comportement statique

Le domaine de la matière Les structures Fonctions des structures Agir sur la VA d’un système Envelopper un système Supporter les chaines d’E et d’info Typologie des structures Structure d’une chaine d’action (effecteur) Structure support Structure d’enveloppe Structure mixte Géométries des structures Types de structure élémentaires Formes et dimensions d’une poutre Structures triangulées Pièces de formes complexes Modélisation d’une structure Modélisation des liaisons Cas particulier des structures planes Comportement statique Modèle poutre chargé Influences des formes et dimensions sur le comportement statique et la résistance Calculs des efforts statiques Relation matériaux/efforts/dimension Notion de stabilité locale et globale Deux concepts retenus en enseignement transversal : l’équilibre et la résistance

Le domaine de l’énergie Différentes formes de l’énergie sont abordées et pas uniquement l’énergie électrique même si elle est le principal vecteur énergétique : énergie électrique, énergie électromagnétique, énergie thermique, énergie chimique, énergie fluidique, énergie rayonnante, énergie nucléaire. Diversification des types de transformations abordées. 17 mars 2011

Le domaine de l’énergie Les familles de systèmes étudiés : Production centralisée Production décentralisée, raccordé ou non à un réseau Système autonome L’autonomie peut-être totale (le système « embarque » sa propre unité de production d’énergie) ou partielle (nécessité de se raccorder régulièrement pour rétablir le niveau du stock énergétique). Flux hydrauliques Climat Flux hydraulique régulé Electricité Energie thermique (Ondes solaires) Energie cinétique (vent) Electricité Electricité Ondes sonores (haut parleur) Ondes lumineuses (écran) 17 mars 2011

Le domaine de l’énergie Les caractéristiques des systèmes étudiés Système Mono source Source Ex : éclairage domestique Système mono source à production combinée, Ex : co-génération Système Multi source Source Hybride Ex : pompe à chaleur Ex : véhicule hybride 17 mars 2011

Le domaine de l’énergie Société et développement durable (système global)  Source d'énergie primaire RENOUVELABLE Solaire Hydraulique Biomasse Eolienne Géothermie FOSSILE Charbon Pétrole Gaz naturel FISSILE Uranium Plutonium Energie secondaire Electricité Chaleur (en cogénération) Produit raffiné (pétrole, essence, gaz...) Hydrogène Energie finale Energie qui arrive directement au consommateur (chauffage central collectif par exemple) Usage Energie qui répond au besoin, obtenue par conversion (motorisation, éclairage...) PRODUCTION DISTRIBUTION TRANSPORT PERTES PERTES PERTES PERTES 17 mars 2011

Le domaine de l’énergie Société et développement durable (exemple de système global)  Produire Sources ou énergies primaires Energies secondaires Transmettre Distribuer Utiliser (système local) Matière d’œuvre entrante Matière d’œuvre sortante avec valeur ajoutée Energie perdue Energies finales Réseau à gestion intelligente d’électricité, de fluides…. Système technique à production décentralisée semi autonome 17 mars 2011

Le domaine de l’énergie Société et développement durable : (système local) Alimenter Stocker Matière d’œuvre entrante Matière d’œuvre sortante Energie finale du système global Convertir Agir Transmettre Moduler Protéger Energie perdue Produire Localement 17 mars 2011

Le domaine de l’énergie Eau froide Pertes Energie Electrique Chauffer l’eau Alimenter Convertir Moduler Transmettre Eau chaude Ex : chauffe-eau solaire individuel avec appoint électrique 17 mars 2011

Le domaine de l’énergie Société et développement durable : Dans ces chaines énergétiques, les pertes sont présentes à tous niveaux. Un des enjeux essentiels est d’améliorer le rendement de cette chaîne: améliorer le taux d’extraction des énergies primaires, améliorer l’efficacité des procédés qui utilisent les énergies secondaires (efficacité énergétique passive et active : NF EN 16001, NF EN 15900), améliorer l’efficacité d’une chaîne d’énergie (y compris au niveau global) par la chaîne d’information associée : « smartgrid au niveau global », améliorer l’efficacité dans la consommation. 17 mars 2011

Le domaine de l’énergie Comportement énergétique des systèmes : les modèles de comportement sont étudiés autour d’un point de fonctionnement, la modulation de l’énergie nécessite d’aborder les notions d’asservissement et de régulation. 17 mars 2011

Le domaine de l’information Représentation de la chaîne fonctionnelle

La chaîne d’information

Le domaine d’information Tous les systèmes pluri-techniques actuels intègrent une part grandissante relative au domaine de l’information : - soit afin d’optimiser leur fonctionnement ou performances - soit parce qu’ils permettent de gérer et restituer des flux de données, notamment VDI, dans les différents systèmes d’informations mis à la disposition des usagers : Le programme traite de ces différents formes et usages de l’information : - de son support physique, souvent un signal électrique ou optique ; c’est le domaine de l’analogique ; - de sa conversion sous forme numérique pour faciliter les traitements logiques 

La fonction Communiquer La fonction Communiquer peut faire correspondre le système avec l’environnement extérieur ou lier différents sous ensembles internes (adaptation de l’IBD et de la chaîne fonctionnelle associée). Elle intègre de façon générale, le cas de communications au sein même du système (par bus de terrain) et le cas de communications réalisées avec l’environnement extérieur (Internet par exemple). Dans ce dernier cas, les limites du système deviennent plus difficiles à définir. Nous emploierons alors la notion de système global en lieu et place de système local, quand les communications font apparaître uniquement un réseau interne.

La fonction Traiter et Sauvegarder La fonction Traiter est incontournable dans les systèmes numériques ou informatiques actuels. Elle apparait au centre des échanges et traitements. La fonction Traiter regroupe des éléments très variés, allant de la simple prise en compte de deux informations à l’aide d’un simple opérateur logique jusqu’aux programmes les plus complexes développées à partir d’une approche orientée objet et nécessitant un microprocesseur de dernière génération fonctionnant sous un système d’exploitation temps réel. La fonction Traiter est associée étroitement à la fonction Sauvegarder, les différentes approches de la fonction « Traiter » seront à installer tout au long de la formation.

Les fonctions Acquérir et Conditionner Le flux d’information est considéré initialement comme un flux à caractère analogique. Les grandeurs sont des grandeurs analogiques issues de capteurs. Le signal utile est généralement de faible amplitude et peut être entaché de bruits. Il convient alors de le conditionner, c'est-à-dire de le rendre apte à être transformé en information numérique. La dernière phase qui transforme l’information analogique en information numérique se nomme la phase de numérisation. A sa suite, l’information issue du capteur est alors prête à être stockée et traitée. L’analyse complète de la fonction acquérir nécessite la mise en œuvre d’une unité de traitement.

La fonction Restituer Il est à noter que le flux d’information à restituer peut être de deux natures différentes et dépend de la nature du périphérique : - La restitution d’une information peut se faire à partir de la production d’une grandeur analogique (la commande d’un dispositif de signalisation, la production d’un son). La restitution peut rester entièrement numérique (une information à destination d’un écran de visualisation de type LCD). La restitution de l’information est réalisée à partir d’informations exclusivement numériques. La fonction « Traiter » présente des données directement exploitables par la fonction « Restituer » par le biais d’éléments standardisés.