Article de référence | Réf : IN190 v1

Formation aux machines à bois stationnaires
WOOD-ED TABLE : environnement virtuel pour la formation au geste du menuisier

Auteur(s) : L. DA DALTO, J.P. ALEXANDRE

Relu et validé le 26 mars 2024

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RÉSUMÉ

Les métiers de menuisier ou de charpentier sont des professions à risque en raison de l’usage extensif de machines à bois stationnaires. Les accidents dans ce domaine sont critiques. L’utilisation d’un environnement virtuel de formation (EVF) permet de sécuriser les formations initiales et de limiter les risques d’accident du professionnel. Cet article présente d’abord les différents cas d’application d’un EVF pour la formation professionnelle et plus particulièrement pour la formation aux gestes professionnels. Puis la problématique liée à notre cas d’étude est plus particulièrement abordée, avec une présentation de la solution développée et mise en œuvre dans les centres de formation AFPA en France.

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ABSTRACT

WOOD-ED TABLE: virtual environment for training on wood cutting

Woodworking and carpentry are high-risk occupations owing to the extensive use of stationary wood-cutting machinery. Accidents or injuries are critical. Use of a Virtual Learning Environment (VLE) can help to secure motion skills and ensure safety of the worker. This article first presents VLE, with comparative examples and their application in motion skills learning. Specific requirements for wood-cutting machinery are developed, with presentation of our solution suite, developed in partnership with the French Vocational Institute (AFPA).

Auteur(s)

  • L. DA DALTO : MIMBUS, Toulouse, France

  • J.P. ALEXANDRE : AFPA, Toulouse, France

INTRODUCTION

Les Environnements Virtuels pour la Formation (EVF) sont désormais des outils largement répandus tant dans le domaine de la recherche qu’à travers des solutions applicatives. Ils englobent un ensemble de technologies (réalité virtuelle, réalité augmentée, apprentissage à distance, système collaboratif) permettant la représentation virtuelle d’un environnement de travail. L’instrumentation de cet environnement permet l’analyse du comportement de l’apprenant et son évaluation en temps réel.

Ce concept a vu le jour en 1995 avec l’outil de formation à l’intervention sur le téléscope HUBBLE . Il s’est rapidement étendu à la formation dans d’autres domaines tels que la médecine , la défense  ou l’industrie .

L’interaction de l’apprenant avec ces mondes virtuels et l’analyse intelligente de son comportement sont des éléments clés de l’efficacité d’un EVF. Les recherches récentes se concentrent d’ailleurs sur l’évaluation des bénéfices de ces nouveaux outils . Il a désormais été prouvé qu’un usage excessif de ces environnements virtuels pouvait se montrer inutile, voire pénalisant, pour l’acquisition des compétences. Dans leur ouvrage récent, les Pr Amadieu et Tricot dénombrent ces risques .

Si l’on considère l’ensemble des compétences nécessaires à l’acquisition d’un métier, seule une partie restreinte de celles-ci peuvent être traitées dans les EVF. De la même manière, leur apprentissage peut requérir une combinaison complexe de formation réelle et virtuelle (Blended Learning ou Apprentissage mixte). Plus récemment, la notion d’Environnement Virtuel pour la Formation Professionnelle (EVFP) a vu le jour, qui précise encore un peu plus le besoin de former à des compétences métiers très spécifiques, et la difficile adéquation de la technologie avec l’ergonomie . Nous continuerons malgré tout à utiliser le terme générique d’EVF dans la suite de cet article.

De manière générale, les critères ci-dessous sont des éléments favorables à la mise en place d’un EVF :

  • nécessité de créer un environnement de travail impossible à mettre en place en centre de formation (grands espaces, environnements dangereux, peuplés, sonorisés...) ;

  • scénarisation complexe (situations variées et requérant une mise en place complexe) ;

  • besoin d’un « voir au travers » ou d’informations ajoutées (un technicien va mieux intervenir sur un moteur s’il voit comment il fonctionne par transparence par exemple) ;

  • compétences évaluables et répétables (un geste « mécanique », une séquence d’actions « programmée »).

Cette liste non exhaustive permet malgré tout d’imaginer les limites et le champ d’action des EVF.

Dans le cas qui nous intéresse, il s’agit de former les opérateurs de Machines à bois stationnaires (MABS) à leur utilisation en sécurité. Il s’agit en particulier de développer la compétence motricielle liée à la manipulation des pièces de bois relativement aux outils de coupe. Nous avons conçu pour cela un EVF qui combine Réalité Augmentée et Retour d’Effort pour fournir une expérience suffisamment réaliste pour la formation. Cet outil, conçu par la Direction de l’ingénierie et de l’innovation pédagogique (DIIP) à l’AFPA et développé par MIMBUS en partenariat avec LIGHT & SHADOWS, a été mis en place dans deux centres de formation AFPA en 2014 pour y être expérimenté. Nous présenterons également ici les résultats de cette étude.

Points clés

Domaine : Formation par la simulation réalité virtuelle et augmentée

Degré de diffusion de la technologie : Émergence

Technologies impliquées : Réalité augmentée, retour d’effort, IA pour la formation

Domaines d’application : Formation, évaluation, recrutement

Principaux acteurs français :

– Centres de compétence : CFA, AFPA, Lycées techniques

Industriels : Grands comptes ayant une formation interne, fabricant de machines à bois

Autres acteurs dans le monde : Grand fabricant de machines à bois (Allemagne principalement), Ministère de l’Éducation, centres de formation au bois

Contact : [email protected]http://www.wood-ed.com\table

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KEYWORDS

virtual reality   |   augmented reality   |   safety   |   virtual learning environment   |   wood cutting   |   force feedback

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-in190


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2. Formation aux machines à bois stationnaires

Nous nous attachons ici à proposer un EVF dédié à la formation à l’utilisation des MABS. Ces machines, qui travaillent par enlèvement de matière, ont la particularité de présenter un outil de coupe fixe (lame, disque...) positionné dans le plan de la table de travail. C’est donc à l’utilisateur de déplacer la pièce à découper ou à usiner devant cet outil par translation ou rotation. Il s’agit ici en particulier des quatre types de machines représentées dans la figure 1, retenues pour leur très haut niveau de dangerosité.

Ces machines sont largement utilisées par les menuisiers et les charpentiers. La formation à ces métiers passe donc par la découverte de leur fonctionnement et le travail de pièces de bois sur ces équipements. Les centres de formation possèdent une ou plusieurs de ces machines et doivent permettre aux apprenants de les pratiquer en toute sécurité. Les compétences mises en jeu ici sont à la fois de l’ordre de l’exécutif (suivi de la procédure de démarrage, configuration, utilisation et arrêt de la machine) et du motriciel (positionnement corporel, cinématique globale, praxie liée à la tâche à réaliser et motricité fine des mains). L’enjeu est clairement d’assurer l’utilisation de ces systèmes en toute sécurité, les risques d’accident restant importants dans les situations de formation comme dans celles de l’exercice de ces métiers en général. On retrouve d’ailleurs ici le besoin de proposer un EVF pour la formation initiale, mais également pour la requalification ou l’évaluation des professionnels.

Une des problématiques clés de cet apprentissage est qu’il passe par un retour d’effort essentiel de l’action de l’outil de coupe sur la pièce. L’EVF qui sera proposé, s’il veut traiter le geste professionnel, devra prendre en compte cette problématique et proposer une solution technique viable et réaliste en termes de retour d’effort.

La solution proposée doit également permettre d’améliorer la compréhension de l’usage de ces machines et être suffisamment polyvalente pour former, sur un même EVF, à tous les types de machines présentés plus haut. La problématique de l’espace nécessaire au plateau technique reste un élément important de cette formation.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - LOFTIN (R.B.), KENNEY (P.J.) -   Training the hubble space telescope flight team.  -  IEEE Computer graphics and applications, vol. 15, n° 5, p. 31-37 (1995).

  • (2) - BRITO (D.C.), SANDOVAL (O.R.) -   Prototype of a virtual training system for arthroscopic surgery.  -  International Review of Automatic Control 8(3), p. 228-232, mai 2015,.

  • (3) - BHAGAT (K.K.), LIOU (W.-K.), CHANG (C.-Y.) -   A cost-effective interactive 3D virtual reality system applied to military live firing training.  -  Virtual Reality, 20(2), p. 127-140, avr. 2016.

  • (4) - GARCÍA (A.), BOBADILLA (I.), FIGUEROA (G.), RAMÍREZ (M.), ROMÁN (J.) -   Virtual reality training system for maintenance and operation of high-voltage overhead power lines.  -  Virtual Reality, 2016, 20, janv. 2016.

  • (5) - BORSCI (S.), LAWSON (G.), JHA (B.), BURGES (M.), SALANITRI (D.) -   Effectiveness of a multidevice 3D virtual environment application to train car service maintenance procedures.  -  Virtual Reality 2016, 20, janv. 2016.

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