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NOTIONS DE BASE EN CFAO
Objectif : Les systèmes automatisés : notions fondamentales Qu’est ce que la CFAO ?
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Jacques de Vaucanson (1709 - 1782). À Paris en 1730, il étudie la mécanique, la biologie, l'anatomie et la musique. Il réalise plusieurs automates, dont le
joueur de flûte et de tambourin aux performances musicales comparables à celles d'un virtuose. C'est alors qu'il imagine son canard, un automate à caractère anatomique. La réalisation de cette merveille technique, en 1738, lui apporte la gloire et la richesse. Le canard de Vaucanson
Ce célèbre canard, au dandinement parfait, mange du poisson, le digère et le rejette par les voies naturelles. Son inventeur cher-
che à illustrer le mécanisme de la digestion, et à le traduire par des milliers de pièces mobiles disposées dans le socle et le corps de l'animal. Pour réaliser ces pièces, de Vaucanson va jusqu'à fabriquer une machine d'usinage, un tour à fileter de grande précision. Il est en outre le premier à utiliser un tuyau en caoutchouc. Ce matériau, découvert en Amérique du Sud en 1731, lui permet de doter son canard d'un tube digestif aux entortillements très réalistes. En 1745, de Vaucanson construit un métier à tisser automatique, qui suscite de vives
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réactions de la part des ouvriers lyonnais de la soie. Pour eux, l'automatisation des machines a une odeur de chômage.
Les robots, de la littérature à l'industrie Karel Capek (18901938). (prononcer tchapec) C'est à cet écrivain tchèque, auteur de nouvelles et de romans dramatiques, que nous devons le terme de « robot ». Forgé à partir d'un mot tchèque désignant le travail forcé, ce terme apparaît en 1924 avec la publication du roman les Robots universels de Rossum. Néanmoins l'idée de la création d'un être remonte à l'antiquité puisque le mythe de la créature artificielle et destructrice a de tout temps excité l'imagination des hommes (de la civilisation occidentale). Les grecs avaient Talos, le géant rencontré par Jason lors de sa quête de la toison d'or, les servantes dorées d'Héphaïstos forgeait
Sources : livres « technologie 4e et 3e » - Editions DELAGRAVE. Bulletins « TECHNO.LOG » de l’association ASSETEC.
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des servantes en or massif, les hébreux croyaient au Golem un monstre d'argile, et à 19 ans Mary Shelley inventait le personnage du docteur Frankenstein et sa créature issue des cadavres. Ce mythe n'existe à priori que dans les civilisations monothéistes : ce qui se comprend aisément. Devenir l'égal d'un dieu en créant soi-même une créature est à la fois un rêve et un tabou.
périeure, une force extraordinaire ou une méchanceté hors du commun.
LA RECHERCHE EN ROBOTIQUE
Les sujets de recherche actuels portent sur les axes suiPRODUCTION vants : INDUSTRIELLE des assistants droïdes par Aujourd'hui, nombre de exemple pour robots industriels ne sont que assister les de simples bras articulés, pilopersonnes tés par un système de comâgées, les mande (une mémoire et un handicapés, ou pour réaliser des tâches dangereuses des robots animaloïdes
les robots d'Asimov
C'est en 1941 qu'Isaac Asimov, excédé par cette imagerie de robots toujours agressifs, a créé le personnage de Robbie, un gentil robot bien obéissant. Pour cela Robbie suit des règles bien précises : les Trois Lois de la Robotique. Isaac ASIMOV (Les robots, 1967) La littérature de science-fiction donne le plus souvent une forme humaine à ces travailleurs mécaniques, tantôt alliés, tantôt ennemis de l'homme. On attribue aux robots des qualités surhumaines : une intelligence su-
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la microrobotique
programme). Ils ne sont pas plus intelligents que le canard de Vaucanson. Ils sont conçus pour exécuter un travail précis et limité. Leur seule qualité surhumaine est de pouvoir répéter les mêmes tâches à des cadences très élevées, avec une régularité presque parfaite. On leur réserve en priorité les travaux dangereux (au coeur d'une centrale nucléaire, par exemple) ou particulièrement pénibles (le soudage par point des carrosseries de voitures, par exemple).
la biorobotique : pourquoi refaire avec des machines ce qui existe déjà : mieux vaut améliorer l'existant avec des liens de plus en plus étroits avec la biologie : on sait connecter des neurones de grenouille sur un microprocesseur (durée de vie 24 h).
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I - Qu’est-ce qu’un système automatisé ? A - Un brin d’histoire Alors que la construction d'automates remonte à une lointaine antiquité, celle d'automatismes, destinés à faciliter le travail de l'homme, n'a fait son apparition qu'au XVIIIe siècle. Le métier à tisser, inventé en 1745 par Vaucanson, fut utilisé pour la première fois en Grande-Bretagne (1786) par Edmund Cartwright et en France (1804) par Jacquard. Le régulateur à boules de James Watt date de 1788. L’automate qui usine : C'est au XIXe siècle que l'automatisation commença à prendre son véritable essor. Le tour automatique, mis au point par l'Anglais Parker, date de 1879. En même temps, apparaît aux USA en 1873, un nouveau type de machine-outil capable de fabriquer totalement automatiquement des pièces mécaniques pour la fabrication de machines à coudre. L’intervention de l’homme dans la fabrication en série est considérablement réduite. La machine commande elle même le déplacement de leviers, la pièce avance toute seule, la machine change elle même d’outils. Et tout cela à partir d’un programme modifiable obtenu par des systèmes de poulies, d’arbres… En 1947, les premières machines-transferts à séquence automatique ont été utilisées dans l'industrie automobile chez Ford. En 1952, apparaît toujours aux USA, la première machine à commande numérique. Les ingénieurs ont réussi à transformer les contours des pièces (3D) en données numériques (des 1 et des 0). 15 ans plus tard, 50 % des machines possédaient une commande numérique. Aujourd’hui, on peut dire, que tout ou presque, est produit par des systèmes automatisés et des commandes numériques...
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I - Qu’est-ce qu’un système automatisé ? B - Définition Un système automatisé est un ensemble de composants dont le rôle est de remplacer ou de simplifier des actions auparavant effectuées par l'Homme. Ce remplacement est fait de façon à minimiser au maximum les interventions de l'utilisateur sur le système.
C - Exemples Les feux de carrefour qui remplacent l'agent de la circulation, La machine à laver le linge, Les machines outils à commande numérique qui simplifient le travail du technicien, Les bras manipulateurs robotisés qui placent les pièces sur les chaînes de production à la place d'ouvriers.
II - Fonctionnement d’un système automatisé A - Les éléments constitutifs d’un système automatisé La Partie Commande (P.C.) est la partie du système qui héberge le programme. Elle élabore des ordres en fonction des informations générées par les capteurs et des consignes données par l’opérateur. La Partie Opérative (P.O.) est la partie du système qui effectue le travail. Elle comporte les actionneurs et les capteurs. Les actionneurs réalisent les tâches pour lesquelles le système automatisé est destiné. (moteur, vérin, lampe, résistance de chauffe, …) Les capteurs décrivent l'état du système. L'état du système dépend uniquement des actionneurs et de l'environnement du système. C'est la position, la configuration du système à un moment donné. (capteur de lumière, de température, de position, de son…)
Les informations et les consignes sont appelées les ENTREES du programme. Les ordres et les signaux sont appelés les SORTIES du programme. Exemples d’utilisation dans le secteur primaire : pour accomplir des tâches pénibles, répétitives ; pour intervenir dans des lieux inaccessibles ou dangereux (la distribution des aliments dans les élevages etc..). Exemples d’utilisation dans le secteur secondaire : pour effectuer des tâches de production, de manutention, de contrôle, de montage (construction automobile etc..). Exemples d’utilisation dans le secteur tertiaire : pour accomplir des tâches de surveillance, de conduite, de tri, de régulation (la conduite du métro ou des trains, les stations de lavage etc..).
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B - Représentation schématique de la structure d’un système automatisé Partie ……………….
Partie ……………….
……….. Actionneurs ……………..
Informations III - C.A.O. + F.A.O. C.F.A.O. A - Signification des sigles C.A.O. : Conception Assistée par Ordinateur, F.A.O. : Fabrication Assistée par Ordinateur, ============================================= C.F.A.O. : Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur
B - A quoi sert la C.F.A.O. La CFAO permet de concevoir et de fabriquer une pièce à l'aide d'un même fichier d'informations numérisées. Le traitement des informations se fait ainsi sans interruption, depuis la phase de conception de la pièce jusqu'à sa phase de fabrication : on dit qu’il se fait sans rupture de l’information. Les contraintes de production (capacité de la machine, dimensions des outils, etc..) sont prises en compte dès la conception de la pièce. La précision des réalisations se chiffre, au collège, en 1/100 ème de millimètre. En industrie, elle peut aller jusqu’au 1/1 000 000ème de millimètre. La CFAO apporte aux entreprises gain de productivité, qualité et cohérence de la conception jusqu’à la fabrication.
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IV - La micro-fraiseuse à commande numérique du collège A - Les éléments constitutifs 1 - L’ordinateur - la partie commande : qui est l’ordinateur avec son unité centrale, son clavier , sa souris, son moniteur, mais aussi son logiciel de CFAO (Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur). C’est ce logiciel qui va définir les fichiers d’usinage.
2 - La commande numérique UPA - la partie opérative : c’est la machine elle même avec ses moteurs (appelés actionneurs), son bâti, son capot de sécurité (non représenté sur le dessin) et ses capteurs.
3 - Le logiciel WIN UPA