Métier de l'ingénieur (2 UEs au choix)

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- Chaîne de mesure : du capteur au processeur (codeurs, capteurs de force, de température).
- Chaîne d’actionnement : du processeur au pré-actionneur (vérins électriques et pneumatiques).
L’enseignement est réalisé sur un projet d’analyse de la maquette de télémaintenance TELMA de l’AIP. Pour chaque grandeur à mesurer sur Telma, le capteur et sa chaîne d’acquisition doivent faire l’objet d’une étude puis de mesures. Le même travail est réalisé pour les actionneurs.
Cet enseignement est également l’occasion de comprendre le fonctionnement de TELMA.

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Un cahier des charges est fourni aux étudiants à la première séance, en spécifiant le résultat attendu et la démarche de test et validation qui sera utilisée.
- réalisation de quelques vues de supervision du process (vue principale, gestion des modes de marche, hiérarchisation des vues, programmation des APIs,
- intégration de ce travail dans celui réalisé au S8 (supervision multi automates)
- configuration des réseaux et des serveurs de communications,
- collecte et mise en forme d’historiques
- aide au diagnostic
- gestion de différents niveaux d’alertes
- validation et tests de gestion des modes de marche.

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Les objectifs de cet enseignement sont les suivants :
- analyser et comprendre les réseaux de communications industrielles à partir d'exemples industriels.
- comprendre pourquoi l'industrie utilise massivement les réseaux industriels dans un concept d’entreprise intégrée pour la gestion des informations du terrain en liaison avec les informations de supervision et de gestion de la production et de l’entreprise.
Plan du cours :
- Besoins industriels et Principes de base
- Evolution, Standards et Normalisation des réseaux
- Les modèles de communication : Client-serveur ; Producteur-Distributeur-Utilisateur ; Maître-Esclave
- Etudes de réseaux locaux industriels utilisés dans différents secteurs d’application : topologie, câblage, protocole, modèle OSI, matériels et logiciel utilisés (Secteur Automatisation (ASI, MODBUS, CAN), Secteur Automobile : (CAN, Interbus-S))
- Câblage et transmission en sécurité intrinsèque
- Couches basses
- Distribution du contrôle commande de processus par réseaux de terrain
L’aspect ferroviaire est illustré par 2 exposés sur la structure réseau embarquée dans le domaine ferroviaire.
Les travaux pratiques permettent, sur une maquette d’automatismes dédiée,
- De configurer et d’analyser un réseau Ethernet
- De piloter un moteur asynchrone via un réseau Modbus encapsulé, puis un réseau Modbus filaire
- De configurer un réseau As-i

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- Généralités et définitions,
- Modèles et lois de fiabilité,
- Analyse préliminaire des risques,
- AMDEC,
- Arbre des causes, arbre de défaillance
- Critères de maintenabilité,
- Chaînes de MARKOV,
- Applications sur des systèmes électriques.

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Le cadre du projet est la maquette TELMA sur laquelle les apprentis vont travailler sur la programmation des défauts (Analyse AMDEC, périodicité d'apparition, criticité, utilisation d’un outil distant de modélisation fonctionnelle (suite logicielle Kasem®) et d’aide à la maintenance) afin de trouver le moment opportun pour réaliser une opération de maintenance. Ils doivent aussi mettre en évidence l’intérêt financier et environnemental de la démarche. Le projet permet en de développer des qualités liées au management de projet telles que : l’organisation, la recherche et gestion documentaire, l’autonomie, la rigueur, la promotion de son travail, l’aptitude au travail collaboratif.

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1 ) Intervenant d’Alstom :
La maintenance vue par l’industriel :
L’accent sera particulièrement mis sur l'organisation du projet, la planification, l'ordonnancement, le pilotage, la gestion des ressources, des coûts, la communication écrite et orale

Une base théorique :
• Les bases du Management projet Ferroviaire
• Le cycle de développement : Nous partirons du contrat client et nous irons jusqu’à la fin de garantie d’un produit Ferroviaire, illustré par des exemples concrets :
-Phase initiale d’organisation Projet
-Phase de Spécification
-Conception détaillée
-Validation unitaire
-Validation d’ensemble
-Mise en service commerciale et Garantie

Une mise en situation :
Nous partirons d’un ou plusieurs requis techniques issus d’un cahier des charges client. Les étudiants auront à transformer ces requis de performance fonctionnel en requis métier (requis conception mécanique, requis de conception logiciel, etc) ce qui leur permettra de se projeter en tant qu’architecte et développera leur vision d’ensemble
Ils auront à proposer une stratégie de validation permettant de tester et de valider leur travail.
Nous intègrerons un focus sur le rôle de la qualité, les barrières normatives qui viendront contraindre leur imagination débordante.
L’idée générale sera de former des petits groupes selon les velléités de chacun pour le management, l’ingénierie, la qualité, etc…et de voir comment ensemble ils parviendront à sortir quelque chose de pertinent.

2) Intervenant de la SNCF : e-maintenance SNCF :
e-maintenance s’appelle au sein de la SNCF la maintenance prédictive et télédiagnostic. Cette e-maintenance s’appuie sur l’exploitation de la données émise par les trains et couvre le périmètre correctif et préventif. Ces données suivent une chaîne appelée chaîne télediagnostique qui couvre l’acquisition des valeurs de capteur en embarquée, la transmission, le traitement sur des serveurs et la mise à disposition d’une information directement compréhensible par le mainteneur. Cette chaîne valorise donc la donnée et est un vrai facteur de compétitivité pour SNCF pour ses métiers de maintenance et d’exploitation
Les axes de la formation sont :

• Conception : Cette chaîne télédiagnostique s’appuie sur un processus de conception et de mise en œuvre en ingénierie et met en jeu 3 cycles de conceptions en parallèle :
-Embarquée : définition des capteurs, fonctions d’acquisition et traitement embarqué, fonction de transmission et échange sol bord.
-Traitement sol : réception, stockage, traitements, affichage et envoi d’information
-Mise en équation de la données : définition des cas d’usage de maintenance, validation de la qualité de la donnée, nettoyage de la donnée, équation de diagnostic,

• Techniques maîtrisées par l’ingénieur e-maintenance

• Retour sur investissement : Ces 3 cycles de conception peuvent intervenir à différentes phase de la vie du train, lors de la phase d’acquisition, en sortie de garantie, ou lors de l’opération mi-vie de l’engin (entre 15 et 20 ans après sa mise en circulation, selon les différents contextes industriels et techniques et le retour sur investissement espéré

• L’ingénieur e-maintenance, une nouvelle discipline
-Maîtrise d’un certains nombres de techniques : data science, ingénierie système, capteur, réseau embarqué, sûreté de fonctionnement, base de données, etc..
-La mise en œuvre de cette e maintenance fait évoluer les organisations de maintenance et s’accompagne d’un changement que l’ingénieur de maintenance anime.
-Cette activité est en évolution permanente pour à la fois aller plus loin dans les services offerts par la données, et réduire les coûts d’exploitation de cette chaine e-maintenance. Ceci est réalisé selon une démarche d’innovation qui s’appuie sur le retour d’expérience, la veille sur le niveau de maturité des nouvelles technologies , et la capacité de faire des propositions au bon moment.

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Cette ECUE concerne et approfondit :
- les principes fondamentaux (tâche, ordonnancement, respect de contraintes de temps, interactions entre tâches),
- la gestion de ressources, la coordination entre tâches, l’échange de données entre tâches et entre tâches et systèmes physiques,
- les principes de mise en oeuvre (exécutif, osTR, cycle de développement, outils de développement),
- la preuve du respect de la logique d’une application (modélisation, vérification),
- la preuve du respect des contraintes de temps (modélisation, vérifications analytique et graphique),
- le développement d’une application orientée OC sous RTX et l’outil de développement uVision de Keil sur SOC Nordicsemiconductor, processeur ARM et module de communication smart BLE.

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Différents exemples de réseau industriel :
- Modbus : Généralités, Caractéristiques, Modbus sur IP
- Exemple de mise en oeuvre et de pilotages de composants
- Smart Building
Protocoles appliqués à la gestion climatique, gestion de batiments : BacNet, Knx
Les protocoles :
- Fonctions et caractéristiques
- Spécifications
- Le développement de protocoles :
Langages de programmation privilégiés
Méthodologie
Introduction aux protocoles exploités dans les objets communicants :
- Wifi, Bluetooth
- Internet des objets : Mqtt, 6LowPAn, Coap,....
Applications :
- Mise en oeuvre programmée : langage de programmation et langage de script appliqué aux objets communicants
- Simulation de réseau Iot
- Développement sur des plateformes embarquées.

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- Généralités sur la supervision – Manufacturing Execution System (MES), Enterprise Resource Planning (ERP), Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA)
- Architecture CIM (Computer Integrated Manufacturing)
- Intérêt d'un serveur OPC
- Découverte de PcVue à travers une application virtuelle (gestion des réservoirs).
Un projet sur la maquette « TELMA » de l’AIP est réalisé :
Un cahier des charges est fourni aux étudiants à la première séance, en spécifiant le résultat attendu et la démarche de test et validation qui sera utilisée.
- réalisation de quelques vues de supervision (vue principale, gestion des modes de marche)
- programmation des APIs,
- configuration des réseaux et des serveurs de communications,
- validation et tests de gestion des modes de marche de la « dérouleuse de bande ».

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En équipe projet de taille réduite (de 2 à 5), faire évoluer l’automatisation d’un système industriel existant en intégrant des objets connectés, le paradigme « smart factory », des équipements autonomes dotés d’une capacité de décision. Les sites de réalisation du projet peuvent être au sein de l’école ou à l’AIPPriméca de Valenciennes. Les sujets sont variables et changeant, à titre d’exemple ils peuvent être :
- Rendre « intelligent » les shuttles de la cellule de production flexible de l’AIPPriméca de façon à bénéficier de qualité d’adaptation et robustesse face aux aléas que peuvent subir ces shuttles lors de leurs déplacements autonomes sur un système de convoyage.
- Conception d’un système de surveillance du fonctionnement du compresseur (air comprimé) de l’AIPriméca de façon à détecter tous signes de dysfonctionnement, assurer un suivi de la consommation énergétique, et avertir un opérateur via email/sms lors d’un problème en donnant la possibilité de superviser, à distance, via le web le compresseur.
- Conception d’un système de traitement et communication, faible énergie, permettant d’assurer la traçabilité de produits industriels, containers…
- Développement d’une chaîne de communication permettant de remonter sur un cloud des informations issues d’automates programmables, de façon à assurer la supervision, conduite, à distance d’un processus industriel.
- …
Les logiciels et matériels utilisés varient en fonction des projets, cela va d’automates programmables, à des calculateurs embarqués à usage général, en utilisant les technologies de communication ethernet, wifi, ble, lorawan, sigfox… et les outils de développement Keil, Cypress, NordicSemiconductor, Codesys…

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Dans le cadre d'un partenariat pédagogique avec RTE, des interventions de professionnels permettront aux étudiants d'aborder les points suivants:
- Présentation de RTE et du Marché de l’électricité
- Prévisions de consommation
- Gestion de la production EnR
- Raccordement des alternateurs au réseau RTE,
- Visite du dispatching, simulation, règles de conduite
- Electrotechnique du système électrique (composition, structure, gestion...)
- Réglage tension, fréquence...
- Gestion de projet et ingénierie chez RTE, smart grid outil SI de gestion de production EnR.
Un focus est fait sur la norme environnementale ISO 50 001 « Engager une démarche d’optimisation des consommations énergétiques»
- Connaître le contexte réglementaire et l'actualité du secteur de l'énergie.
- Découvrir les différentes énergies, leurs utilisations et leur coût.
- Comprendre le lien avec les certificats d'économies d'énergie.
- Initier et planifier la construction du système de management de l’énergie ISO 50001
- Connaître les outils d’analyse énergétique des bâtiments, des installations et des équipements.
- Réaliser la revue énergétique et repérer les secteurs d’usage énergétique significatifs.
- Identifier les IPÉ (Indicateurs de performance énergétique).
- Mettre en place d’un plan d’actions.
- Suivre les indicateurs de performances énergétiques
Une demi-journée est consacrée à la visite du Showroom RTE à Lille : gestion intelligente du réseau électrique, équilibre, …

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Cette UCUE est réalisée sous forme de projet. Il vise à initier les élèves ingénieur à la conduite d’un projet de gestion de l'énergie utilisant des technologies numériques (GTB) : définition du cahier des charges, conception, réalisation, test et validation. Le projet comporte une dimension technologique et une dimension managériale.
Le sujet consiste à gérer deux bâtiments ayant en commun un ascenseur. Chaque bâtiment est géré (chauffage, climatisation, éclairage, sécurité…) via les réseaux KNX-TP et KNX-IP. Environ 30 équipements par bâtiment sont sur un ou plusieurs réseaux. Un contrôleur KNX-IP prend spécifiquement en charge le contrôle de l’ascenseur et assure également une fonctionnalité de routeur. L’architecture réseaux comporte plusieurs KNX-TP et un réseau dorsal KNX-IP. Ceci induit l’usage de routeurs entre les deux réseaux. L'objectif final est d'acquérir la maîtrise du développement d’une architecture réseaux complexe et pertinente des usages actuels dans le domaine du bâtiment.

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Cette ECUE s’appuie sur une plateforme technologique d’étude de la gestion d’énergie électrique et des énergies renouvelable permettant la reconstitution d’une station de production et de transport d’énergie électrique à partir de sources conventionnelles (générateurs synchrones) et renouvelables (solaire photovoltaïque et éolien), son pilotage et l’optimisation des sources en fonction de la demande en énergie (banc de charge).
On s’attache surtout à la mise en œuvre du système d’énergie proposé par la plateforme.
A travers un projet réalisé en pédagogie active, les élèves ingénieurs devront mettre en oeuvre leurs capacités de futur ingénieur pour rendre opérationnelle la plateforme expérimentale selon un cahier des charges.
- Caractériser les différents éléments (machines, lignes, mesures,..) et les mettre en place
- Programmer les régulateurs afin d’atteindre les performances attendues
- Instrumenter la plateforme.
- Intégrer les énergies renouvelables
- Développer les procédés de stockage, notamment le stockage gravitaire
- Développer la supervision en réseau et le pilotage à distance d’ouvrage
- Analyser différents scénario de fonctionnement et d’incident
- Analyser les différentes problématiques liées à l’équilibre entre la production et la consommation
- Analyse les problèmes de stabilité de fréquence et de tension
- Médiatiser le travail accompli.
Le projet permet en outre de développer des capacités organisationnelles nécessaires pour appréhender l’étude d’objets techniques complexes.

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