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Projet : conception d’un mini-ROV

Enseignement spécifique innovation technologique et éco-conception puce 1re STI2D

Introduction

Cette séquence consiste en un projet pouvant être abordé en milieu de première.

Il s’articule autour de la thématique sociétale de la préservation et de la valorisation du patrimoine sous-marin et à partir d’un système existant, un robot sous-marin téléguidé (ROV : Remotely Operated Vehicle). Le projet requiert :

  • d’analyser le besoin auquel il répond par la mise en évidence du thème sociétal et de la problématique ;
  • d’analyser les fonctions techniques et la structure du système après visionnage de vidéos où l’on voit des ROV en fonctionnement, et en déduire un cahier des charges fonctionnel ;
  • de concevoir le modèle numérique d’un ROV simple d’après le cahier des charges fonctionnel ;
  • d’assembler les différents éléments d’un ROV fourni ;
  • de concevoir et réaliser une coque design pour le ROV fourni.

Objectifs

  • Analyser les fonctions indispensables d’un système permettant de répondre à un cahier des charges.
  • Réaliser la conception d’un système à partir du cahier des charges établi.
  • Acquérir des notions complémentaires sur un modeleur volumique.
  • Appliquer l’outil d’analyse SysML.
  • Utiliser une imprimante 3D pour la fabrication de certaines pièces.
  • Réaliser un prototype par assemblage des pièces fournies.
  • Mettre en place une gestion de projet de type Scrum.

Prérequis

  • Utiliser les fonctionnalités de base d’un modeleur volumique.
  • Connaître le fonctionnement de la méthode Scrum (gestion de projet).
  • Connaître les éléments de base de SysML.
  • Utiliser des outils de création de diaporama type Office.
  • Utiliser une imprimante 3D.

Organisation

La première partie du projet s’inscrit dans le cadre d’une séance d’ETLV ; le projet se poursuit ensuite en enseignement spécifique ITEC. Les différentes étapes du projet sont les suivantes : analyser le besoin, concevoir, réaliser et valider.

Séance 0 : en ETLV, mise en place du thème sociétal et de la problématique (application du scénario pédagogique « Underwater archaeological investigation techniques »).

Séance 1 : réalisation d’une carte mentale permettant d’identifier les fonctions techniques indispensables d’un ROV (propulser, filmer, éclairer…) afin de réaliser un CDCF. Réalisation d’un schéma fonctionnel du système et de plusieurs modèles de structure.

Séance 2 : préparation d’un diaporama de synthèse.

Séance 3 : à partir d’éléments 3D des moteurs, réalisation d’une conception de la structure permettant de supporter les différents éléments de propulsion du système.

Séance 4 : prototype : assemblage des pièces fournies et vérification du fonctionnement par des essais.

Séance 5 : croquis du design d’une coque permettant de packager l’ensemble, conception du modèle numérique puis réalisation des pièces nécessaires sur une imprimante 3D (y compris les finitions).

Séance 6 : validation finale : finalisation du montage, vérification du fonctionnement par des essais et corrections si nécessaires.

Séance 7 : présentation orale.

Durée

Séance 1 : Rédaction d’un CDCF pour la conception d’un ROV : 3 h

Séance 2 : Préparation d’un diaporama de synthèse : 3 h

Séance 3 : Conception d’un ROV simple : 3 h

Séance 4 : Assemblage des pièces du ROV : 3 h

Séance 5 : Design de la coque du ROV : 3 h

Séance 6 : Montage final, derniers essais et préparation de l’exposé : 3 h

Séance 7 : Présentation orale des résultats des différents mini-projets : 3 h

Séance 1 : Rédaction d’un CDCF pour la conception d’un ROV

Durée

3 h

Objectifs

  • Identifier les fonctions techniques d’un système.
  • Réaliser une carte mentale.
  • Rédiger un cahier des charges permettant la conception d’un produit.
  • Utiliser les outils de modélisation SysML (diagramme de cas d’utilisation, diagramme des exigences).

Problématique

Quelles sont les fonctions techniques que doit remplir un ROV pour répondre au besoin ?

Comment traduire cette analyse fonctionnelle dans un cahier des charges en vue de la conception d’un ROV simple ?

Type d'activités

Les élèves travaillent en groupes sur l’analyse fonctionnelle d’un système existant à partir de vidéos où l’on voit des ROV en fonctionnement. Afin de pouvoir mener au mieux cette partie, l’enseignant va leur donner un fil conducteur. Les élèves vont mener entre eux un brainstorming afin de rédiger une carte mentale sur les différentes fonctions techniques indispensables d’un ROV. L’enseignant apportera une analyse critique au sein du groupe.

On peut également envisager de mettre en place une méthode de gestion de projet de type Scrum pendant toute la durée du projet. Cette méthode s'appuie sur le découpage d'un projet en incréments, nommés « sprint », ainsi que sur l'auto-organisation de l'équipe de développement. Scrum définit trois rôles : le propriétaire du produit (product owner), le ScrumMaster et le développeur. Il est à noter que le rôle du développeur couvre plusieurs métiers d'une organisation traditionnelle. Les fonctionnalités souhaitées sont collectées dans le backlog du produit et classées par priorité, à l'initiative du propriétaire du produit, le représentant des clients et les utilisateurs (un élève dans l'équipe).

Modalités d'organisation

Activité de groupes (quatre élèves concernés). Les élèves doivent mettre en avant une réflexion de groupe. L’enseignant oriente les recherches au sein du groupe si nécessaire.

Matériels

  • PC reliés à Internet et équipés d’un logiciel de carte mentale, d’un lecteur vidéo et d’un logiciel d’analyse SysML de type MagicDraw ;
  • casques audio.

Ressources

Remotely operated underwater vehicles Remotely operated underwater vehicles Discovery of a tank wreckage by a ROV Discovery of a tank wreckage by a ROV ROV on a barge ROV on a barge La découverte de l'épave d'un tank par un ROV (en anglais) La découverte de l'épave d'un tank par un ROV (en anglais) Les engins sous-marins robotisés (en anglais) Les engins sous-marins robotisés (en anglais) ROV sur une barge (en anglais) ROV sur une barge (en anglais) Specification sheet of the SeaBotix LBV300-5 ROV

Séance 2 : Préparation d’un diaporama de synthèse

Durée

3 h

Objectifs

  • Réaliser un diaporama.
  • Synthétiser les informations essentielles en vue d’une présentation orale.
  • Préparer une présentation orale.

Problématique

Comment retranscrire les informations essentielles dans un diaporama en vue d’un exposé ?

Type d'activités

Les élèves travaillent par équipes. Chaque élève s’occupe d’une partie du diaporama. Une mise en commun doit être effectuée en fin de séance.

Modalités d'organisation

Les élèves travaillent par équipes. Chaque élève s’occupe d’une partie du diaporama. Une mise en commun doit être effectuée en fin de séance.

Matériels

PC reliés à Internet, équipés d’un logiciel de présentation.

Ressources

Remotely operated underwater vehicles Remotely operated underwater vehicles Discovery of a tank wreckage by a ROV Discovery of a tank wreckage by a ROV ROV on a barge ROV on a barge La découverte de l'épave d'un tank par un ROV (en anglais) La découverte de l'épave d'un tank par un ROV (en anglais) Les engins sous-marins robotisés (en anglais) Les engins sous-marins robotisés (en anglais) Specification sheet of the SeaBotix LBV300-5 ROV

Séance 3 : Conception d’un ROV simple

Durée

3 h

Objectifs

  • Concevoir un système simple à partir d’un CDCF.
  • Utiliser les fonctions avancées d’un modeleur volumique pour établir le modèle volumique d’un système (pièces et assemblages).

Problématique

Comment concevoir un ROV simple respectant les contraintes et les caractéristiques répertoriées au cours des premières séances ?

Type d'activités

Les élèves travaillent en binôme sur des postes informatiques différents. Après avoir réalisé quelques croquis de solutions potentielles (avec l’aide de l’enseignant), les élèves doivent ensuite procéder à la modélisation d’une solution.

L’enseignant orientera les élèves de façon à obtenir une des deux solutions proches de celle des ROV à disposition.

Modalités d'organisation

Travail par binômes.

Matériels

  • PC reliés à Internet ;
  • modeleur volumique du type SolidWorks, FreeCAD, Solid Edge, TopSolid et didacticiel correspondant.

Ressources

ROV on a barge ROV on a barge

Séance 4 : Assemblage des pièces du ROV

Durée

3 h

Objectifs

  • Assembler les pièces d’un kit fourni.
  • Analyser et critiquer la solution proposée.
  • Réaliser les essais permettant de tester la solution proposée.

Problématique

Comment réaliser le montage d’un système réel ?

Comment vérifier son fonctionnement et valider la solution ?

Type d'activités

Le groupe d’élèves reçoit deux kits de construction d’un ROV ; il en réalise l’assemblage. Parallèlement, le groupe prépare les éléments nécessaires pour la réalisation des essais permettant de tester les deux solutions proposées. Le groupe procède aux essais sur les deux ROV fournis. Des adaptations peuvent alors être apportées si nécessaire.

Modalités d'organisation

Travail par groupes de quatre élèves.

Matériels

  • deux solutions de ROV ;
  • banc pour les essais ;
  • outils pour les assemblages.

Séance 5 : Design de la coque du ROV

Durée

3 h

Objectifs

  • Créer un élément de design.
  • Réaliser des planches de présentation d’un produit.
  • Utiliser les fonctions avancées d’un modeleur volumique.
  • Utiliser une imprimante 3D.
  • Apporter les finitions nécessaires aux pièces du prototype.

Problématique

Comment apporter une touche personnelle sur le design d’un produit tout en préservant ses fonctionnalités ?

Comment réaliser facilement un modèle réel d’une pièce de conception ?

Comment visualiser et tester son modèle de conception ?

Type d'activités

Chaque élève du groupe propose une ou plusieurs solutions de design de coque (croquis) permettant de packager le ROV dont la conception a été faite au cours des séances précédentes. Les modèles pourront être proposés sous forme de planches graphiques.

Chaque élève réalise la modélisation volumique de la coque sur un modeleur volumique. Il génère ensuite un fichier STL puis utilise le logiciel de l’imprimante 3D pour lancer l’impression de la pièce.

L’enseignant est présent pour donner les consignes d’utilisation.

Modalités d'organisation

Activité individuelle : chaque élève du groupe réalise ses propres esquisses de design d’une coque puis finalise le travail par une conception numérique.

Matériels

  • PC connectés à Internet ;
  • modeleur volumique du type SolidWorks, FreeCAD, Solid Edge, TopSolid et didacticiel correspondant ;
  • logiciel de traitement d’images de type Photoshop ;
  • imprimante 3D et tutoriel correspondant.

Ressources

ROV on a barge ROV on a barge ROV sur une barge (en anglais) ROV sur une barge (en anglais)

Séance 6 : Montage final, derniers essais et préparation de l’exposé

Durée

3 h

Objectifs

  • Assembler les pièces d’un kit et des pièces issues d’une conception.
  • Analyser et critiquer une solution globale.
  • Finaliser le diaporama.
  • Préparer la présentation orale.

 

 

 

Problématique

Problématique d’assemblage de pièces.

Comment retranscrire les informations essentielles dans un diaporama en vue d’un exposé ?

Type d'activités

Les binômes vont assembler les coques issues de leur conception sur les pièces des kits puis ils réalisent à nouveau les essais prévus. Les élèves analysent le comportement et les performances de chaque modèle.

Modalités d'organisation

Travail par binômes pour le montage puis travail de groupe pour les essais.

Travail de groupes pour la finalisation du diaporama.

Matériels

  • PC connectés à Internet ;
  • logiciels de présentation ;
  • outils de montage ;
  • outils pour les finitions.

 

 

 

Ressources

Remotely operated underwater vehicles Remotely operated underwater vehicles ROV on a barge ROV on a barge ROV sur une barge (en anglais) ROV sur une barge (en anglais) Les engins sous-marins robotisés (en anglais) Les engins sous-marins robotisés (en anglais)

Séance 7 : Présentation orale des résultats des différents mini-projets

Durée

3 h

Objectifs

  • Communiquer et organiser la prise de parole au sein d’un groupe.
  • Utiliser les outils modernes de présentation.

 

 

 

Problématique

Comment optimiser une présentation orale sur un mini-projet ?

Type d'activités

Les élèves présentent leurs travaux par équipe et réalisent des essais devant la classe entière.

Modalités d'organisation

Les élèves présentent leurs travaux par équipe et réalisent des essais devant la classe entière.

Matériels

  • PC connectés à Internet ;
  • logiciels de présentation ;
  • vidéoprojecteur.