Article de référence | Réf : BM8000 v2

De la conception d'un automate à la démarche d'intégration
Introduction à la mécatronique

Auteur(s) : Pierre DEVALAN

Date de publication : 10 juin 2020

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Présentation

RÉSUMÉ

La mécatronique est un domaine à la croisée de la mécanique, de l'électronique et de l'informatique, avec pour but l'amélioration des fonctionnalités d'un produit. Les dispositifs mécatroniques sont utilisés pour piloter des systèmes et rétroagir pour s’adapter aux conditions variables de fonctionnement. Cet article présente la démarche d'intégration des différents domaines (mécanique, contrôle, électronique, logiciel) ainsi que les composants utilisés pour l'optimisation d'un produit. La mécatronique s'est peu à peu répandue dans de nombreux secteurs industriels, les perspectives des applications des systèmes mécatroniques sont immenses.

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ABSTRACT

Introduction to mechatronics

Mechatronics isa domain at the interface of mechanics, electronics and  computation. This synergy action aims at improving the functionalities of a product. Mechatronic devises are used in order to pilot systems and retroact in order to adapt to the varying conditions of functioning. This article presents the integration process of the various domains (mechanical, control, electronic, software) as well as the components used in order to optimize a product.  Mechatronics has gradually spread in many industrial sectors as presented in this paper. The prospects for mechatronic systems applications are immense.

Auteur(s)

  • Pierre DEVALAN : Ancien directeur des programmes de R&D du CETIM, - Consultant DEVALAN CONSEIL, Senlis, France

INTRODUCTION

La mécatronique est issue de l'intégration de technologies provenant de la mécanique, de l'électronique, de l'automatique et de l'informatique dans la conception et dans la fabrication d'un produit en vue d'augmenter et/ou d'optimiser sa fonctionnalité. Il ne s'agit ni d'une science, ni d'une technologie, mais d'une démarche d'intégration de technologies en synergie, qui historiquement s'est d'abord imposée sur les automatismes qui ont eu besoin de recourir aux technologies de l'électronique. Puis, avec l'arrivée de l'informatique, des microprocesseurs et de la technologie Internet, de nouveaux produits sont apparus et les possibilités des produits existants, qui ont intégré ces technologies, ont été décuplées. La mécatronique, qui a émergé à ses débuts dans l'aéronautique, s'est ensuite largement diffusée dans l'automobile, puis a progressivement envahi les produits de l'industrie mécanique.

Toutefois, la démarche d'intégration et les méthodes de conception et de simulation associées n'en sont qu'à leurs débuts tout comme les possibilités offertes par l'ensemble des technologies ainsi fusionnées. À présent, ce sont des domaines tels que l’Internet des objets ou encore l’intelligence artificielle qui viennent apporter leur concours afin de multiplier encore les possibilités de cette intégration de technologies. Après un rappel historique de cette démarche, l’article précise ce qui caractérise un composant ou un système mécatronique, aborde quelques exemples, puis définit les différents domaines que recouvre la mécatronique.

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KEYWORDS

sensor   |   mechatronics   |   integrated design   |   mechatronic component   |   automation   |   actuator

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-bm8000


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1. De la conception d'un automate à la démarche d'intégration

Dès la naissance des systèmes mécaniques, la nécessité de régulation du système est apparue. En effet, pour maintenir un feu allumé ou surveiller la cuisson d'un aliment, il faut être attentif et intervenir avec mesure au bon moment, ce que l'on peut traduire par le terme de régulation ou de rétroaction à l'aide d'un moyen automatique.

Le besoin de maintenir constantes des grandeurs physiques est donc apparu très tôt. Dans les clepsydres (au temps des Grecs), il était nécessaire de réguler un débit d'eau pour représenter l'écoulement du temps ; dans les premiers fours, c'est la température que l'on a souhaité maintenir constante ; dans les moulins, c'est la position des ailes par rapport au vent et la vitesse de rotation des meules qui ont fait l'objet de systèmes de régulation.

Avec l'arrivée de la révolution industrielle, les sources d'énergie, comme les machines à vapeur au XVIIIe siècle, puis les turbines hydrauliques au XIXe siècle, provoquent une forte demande dans le domaine des techniques de régulation de vitesse.

Les premiers régulateurs ont été des régulateurs mécaniques : par exemple, le régulateur de vitesse centrifuge à boules de Watt, inventé en 1787, qui a été utilisé sur toutes les machines à vapeur des grands ateliers de filature, est devenu un organe indispensable des machines de cette époque (figure 1).

À partir de la fin du XIXe et du début du XXe siècle, les régulateurs se développent sous deux formes : électrique et pneumatique. Puis l'électricité et l'électronique, au milieu du XXe siècle, ont apporté une grande nouveauté par rapport aux premiers systèmes mécaniques, il s'est agi de leur capacité à traiter les signaux électriques. Par exemple, dans les systèmes de régulation, on considère l'écart entre la valeur de la grandeur régulée et la valeur souhaitée pour lui appliquer un algorithme de traitement. Avec des moyens mécaniques, il s'est avéré extrêmement compliqué d'appliquer à ces grandeurs des opérateurs mathématiques tels que l'amplification, la dérivation ou l'intégration. Avec l'avènement de l'électronique durant la première moitié du XXe siècle, les outils de traitement de l'information ont imposé leur souplesse...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - REMAUD (P.) -   Une histoire de la genèse de l'automatique en France.  -  Thèse Laboratoire d'automatique et d'informatique industrielle, École Supérieure d'ingénieurs de Poitiers (2003).

  • (2) - MORI (T.) -   Mechatronics.  -  Yasakawa Internal Trademark Application Memo 21.131.01 (1969).

  • (3) - HOUMMADY (M.) -   Coopération franco-japonaise dans le domaine de la mécatronique.  -  Conférence à la Maison franco-japonaise (1997).

  • (4) - BRUN-PICARD (D.) -   La mécatronique en tant que démarche de conception intégrée des systèmes à haute performance dynamique.  -  In Mecatronica, Publication trimestrielle de la Société Roumaine de Mécatronique, ISSN 1583-7653, n° Nr. 1/2004, p. 24-30, Bucarest, Roumanie (2004).

  • (5) - VDI 2206 -   Design methodology for mechatronic systems.  -  Verband Deutscher Ingenieure/Association of German Engineers (2004).

  • ...

NORMES

  • Mécatronique – Vocabulaire. - NF E01-010 - Novembre 2008

  • Mécatronique – Cycle de vie et conception des produits. - NF E01-013 - Août 2015

  • Sous-système de communication industriel basé sur l'ISO 11898 (CAN) pour les interfaces des dispositifs de commande – Partie 4 : protocole CAN open. - NF EN 50325-4 - Août 2003

1 Sites Internet

Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale :

En 2016, l'Inserm s'est doté d'un plan stratégique pour anticiper les défis de la révolution biologique, technologique et accompagner l’évolution de ce que sera la médecine de demain

http://www.inserm.fr

Solutions série USB et réseau :

La technologie EPV Eltima Port Virtualization Technology

http://www.eltima.com

Autres :

https://www.canal-u.tv/video/unittv/les_notions_de_base_de_l_internet_des_objets.48709

https://www.canal-u.tv/video/unittv/les_enjeux_technologiques_de_l_internet_des_objets.48715

https://fr.wikipedia.org/wiki/Internet_des_objets

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2 Annuaire

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2.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)

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