3. Le BTS Conception de produits Industriels

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1 3. Le BTS Conception de produits Industriels
Rénovation des BTS de la mécanique Michel Rage & Dominique Taraud, le 8 décembre 2015

2 Des objectifs spécifiques au BTS CPI
BTS CPI 2015 – Objectifs de la rénovation du BTS CPI Des objectifs spécifiques au BTS CPI Assumer les origines différentes des étudiants (baccalauréats technologiques et professionnels). Augmenter les compétences relatives à la conception détaillée des mécanismes, en conservant l’acquis sur les spécifications Développer une culture technique des solutions constructives par des activités d’agencement des mécanismes. Limiter le niveau de mécanique pour mieux ancrer les compétences de base visées. 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. Acquérir une véritable culture de l’industrialisation des produits et des pièces mécaniques par un travail collaboratif Elargir la conception des produits à la conception d’un outillage mécanique.

3 4 Compétences transversales
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

4 BTS CPI 2015 – Compétences métier
Elaborer ou participer à l’élaboration d’un cahier des charges fonctionnel. C6 Recenser et spécifier des technologies et des moyens de réalisation. C7 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. C8 Imaginer et proposer des solutions techniques en réponse à un cahier des charges. C9  Dimensionner tout ou partie d’une chaîne d’énergie en autonomie et/ou en collaboration avec un spécialiste. C10 Optimiser le choix d’une solution technique en tenant compte des contraintes technico économiques. C11 Participer à un processus collaboratif de conception et de réalisation de produit. C12 Intégrer l’éco-conception dans la conception d’un produit. C13 Intégrer le prototypage dans la conception et la réalisation d’un produit. C14 Élaborer le dossier de définition d’un produit (pièces cotées et tolérancées).

5 BTS CPI 2015 – Relations activités/tâches/compétences

6 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.

7 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.

8 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.

9 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 matériau-géométrie-procédé-coût 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

10 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). L’objectif est d’apporter une culture des constituants de transmission de puissance. S5.2 – Eléments de transmission de puissance S5.3 – Eléments de conversion d’énergie S5.4 – Capteurs S5.5 – Recherche documentaire

11 BTS CPI 2015 – Savoirs associés professionnels
S6 – SPECIFICATIONS ET PROCESSUS DE CONTROLE S6.1 – Spécification des produits. 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. S6.2 – Processus de contrôle S7 – TECHNOLOGIE DES PROCEDES S7.1 – Interaction conception industrialisation, optimisation de la relation produit-matériau-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.

12 BTS CPI 2015 – Relations Tâches / Compétences / Épreuves

13 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) E3: Mathématiques et Physique Chimie U31: Mathématiques CCF (x2) U32: Physique Chimie CCF (x2) E4: Etude préliminaire des produits U41: Besoin et CdCF EP oral U42: Conception préliminaire EP écrit E5: Projet industriel U51: Conception détaillée EP oral U52: Rapport de stage EP oral E6: Prototypage et industrialisation des produits U61: Projet de prototypage CCF oral U62: Projet collaboratif CCF oral

14 BTS CPI 2015 – Organisation des épreuves
1ère année 2ème année BTS CPI 2015 – Organisation des épreuves U41: Besoin et CdCF Projet industriel E C A EP U42: Conception préliminaire EP U51: Conception détaillée Projet industriel E C A EP U52: Rapport de stage Stage industriel EP U61: Projet de prototypage Projet prototypage CCF U62: Projet collaboratif Projet Collaboratif CCF

15 BTS de la mécanique: les activités professionnelles
Un horaire d’enseignement professionnel globalisé, réparti au niveau de l’établissement… 1ère année 2ème année Semaine a + b + c (2) Année (3) 5. Enseignement professionnel 20 6 (6) 600 720 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) 5.2 Construction mécanique 2 (11) 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

16 BTS CPI 2015 – Organisation des épreuves
Deux épreuves nouvelles de projet 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). Un projet de prototypage, pour s’assurer que le prototypage rapide intègre le processus de conception Un projet collaboratif d’optimisation de produit, pour apprendre à collaborer efficacement entre spécialistes de conception et de réalisation

17 EXEMPLE DU PROTOTYPAGE D’UNE PIÈCE DE FONDERIE
BTS CPI 2015 – Epreuve U61 – Projet de prototypage EXEMPLE DU PROTOTYPAGE D’UNE PIÈCE DE FONDERIE Définition et simulation d’une pièce de fonderie d’un projet industriel de conception détaillée Pièce à valider Impression 3D du moule sur machine PROMETAL 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 Magazine Fonderie de Mai 2015

18 Procédés Caractéristiques Matières Avantages Inconvénients
BTS CPI 2015 – Systèmes de prototypage additifs Type Procédés Caractéristiques Matières Avantages Inconvénients Utilisations Additif Dépôt de fil Support fusible Thermoplastiques Vraie matière plastique (chargée) Coût < € Pièces plastiques Poudre collée et imprégnation résine Parois >3mm Design (couleur, images) Ni vraie matière, ni vrai procédé Aspiration des vapeurs Coût = € Vérification formes et design Projection gouttes et polymérisation UV Parois fines, détails fins Vraie matière plastique Bon état de surface Coût >> € Coûts matières élevés Petites pièces résine sans finition Production série de pièces Photopolymérisation DLP Petites pièces, parois fines, détails fins Vraie matière, charges possibles, très bon état de surface, Coût > € Petites pièces résine, post polymérisation UV Frittage et fusion de poudre au laser Poudres métalliques Polymères Atmosphère neutre Coût = € Une première machine polymère coût< € 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 = € Fabrication moules de fonderie

19 Procédés Caractéristiques Matières Avantages Inconvénients
BTS CPI 2015 – Systèmes de prototypage soustractifs Type Procédés Caractéristiques Matières Avantages Inconvénients Utilisations Soustractif Découpe laser Matières plastiques Tôles minces (<1,5mm) Coût = € Découpe fine, gravures (gravure profonde 6mm possible sur métal avec certains équipements) Découpe jet d’eau Toutes matières dont tôles épaisses Coût = € Découpe, réalisation d’ébauches Découpe par couches Usinage plaques toutes matières et assemblées (type Charlyrobot) Pièces de grandes dimensions Précision moyenne Coût = € (temps d’assemblage et finition longs) Moules et modèles fonderie, thermoformage 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 Petites pièces vraie résistance (moule silicone) et vraie matière(cire perdue)

20 Projet industriel réel ou adapté
BTS CPI 2015 – Epreuve U62 – Projet collaboratif Collaborer avec un spécialiste de la réalisation pour optimiser la conception d’une pièce mécanique. OBJECTIF ORGANISATION Projet industriel réel ou adapté Coef: 3 Durée: 20 heures Evaluation: CCF (20min) Epreuve orale Présentation collective Soutenance individuelle Mécanisme Pièce à optimiser Groupe BTS CPI Groupe BTS Réalisation série, unitaire, procédé (ou industriel ou enseignant) Pièce optimisée

21 Travail collaboratif de conception
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 optimiser 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 optimisée Magazine Fonderie de Mai 2015

22 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…

23 Merci de votre attention.