Épreuve E4 BTS CRSA 2017 (DOC) - Eduscol

Brevet de technicien supérieur Conception et réalisation de
systèmes automatiques SESSION 2017 SUJET
ÉPREUVE E4 - CONCEPTION PRÉLIMINAIRE D'UN
SYSTÈME AUTOMATIQUE
Durée : 4 h 30
Coefficient : 3
Matériel autorisé : - toutes les calculatrices de poche y compris les calculatrices
programmables, alphanumériques ou à écran graphique à condition que
leur fonctionnement soit autonome et qu'il ne soit pas fait usage
d'imprimante (circulaire n°99-186, 16/11/1999) ;
- aucun document n'est autorisé. Dès que le sujet est remis, s'assurer qu'il est complet.
Le sujet se compose de 22 pages, numérotées de 1 à 22. Présentation générale (feuilles blanches) pages 2 à 4
Travail demandé (feuilles jaunes) pages 5 à 14
Documents ressources (feuilles vertes) pages 15 à 17
Documents réponses (feuilles bleues) pages 18 à 22
Empileur de plateaux de matelas
Présentation générale
La société COPIREL est un fabricant français de matelas depuis 70 ans.
Un matelas est constitué d'une âme formant la structure interne faite de
mousse ou de ressorts qui assure le soutien. Cette âme est habillée de
plateaux constitués de différentes couches de garnissage en tissus, ouate
et mousses assurant le confort. La nature des différentes couches permet
d'obtenir une face été ou une face hiver. Ces couches qui sont l'aspect
visible du matelas, peuvent atteindre 50 mm d'épaisseur et sont piquées
entre elles selon des motifs variés.
Actuellement en sortie de piqueuse, après un contrôle visuel, les plateaux
sont empilés manuellement sur une palette par un seul opérateur. Une
analyse des risques de ce poste a fait apparaître le besoin de prévenir des
risques de TMS (troubles musculo-squelettiques) et des risques dus à
l'instabilité de la pile du fait des dimensions du plateau manipulé, de la
hauteur de la pile et de la cadence de production. [pic] Le besoin
[pic]
L'étude et son contexte L'étude portera sur l'automatisation du poste d'empilage des plateaux sur
une palette tout en respectant entre autres les exigences énoncées ci-
après. [pic] [pic]
Exigences géométriques d'empilage des matelas
Positionnement de la pile sur la palette
- Centrage de la pile sur la palette. Ce défaut ne doit pas excéder 30
mm. Positionnement des plateaux en pile
- Rectitude verticale des faces de la pile. Ce défaut ne doit pas
excéder 30 mm. Performances et contraintes
[pic]
Partie 1
Choix du procédé d'empilage Objectif : Appréhender les contraintes architecturales d'implantation et de
sécurité lors du choix d'un procédé de production.
En sortie de piqueuse, après un contrôle visuel sur une table, les panneaux
sont empilés sur une palette. Le bureau d'étude a retenu 2 procédés pour
réaliser cet empilage sans modification de l'existant. Procédé 1 [pic]Le plateau est transféré par une combinaison de mouvements de la table
de contrôle au sommet de la pile posée sur une palette qui reste immobile
au sol. La hauteur maxi de l'ensemble palette + pile est de 2 m.
Procédé 2 Le plateau est translaté horizontalement de la table de contrôle au sommet
de la pile posée sur une palette. Cette palette peut se déplacer
verticalement. La hauteur maxi de l'ensemble palette + pile est toujours de
2 m. [pic] Question 1 (sur feuille de copie)
- Pour chacun des 2 processus, en fonction des exigences fournies,
énoncer :
. les contraintes architecturales de l'atelier susceptible
d'abriter le dispositif d'empilage des plateaux,
. les contraintes structurelles du système à concevoir,
. les contraintes de sécurité à prévoir.
- Justifier les réponses. étude du processus de transfert du plateau Objectif : Déterminer les caractéristiques d'un processus permettant le
transfert des plateaux depuis la table de contrôle jusqu'au-dessus de la
palette. Pour des raisons de configuration de l'atelier existant, le bureau d'étude
a retenu le procédé 1 : « le plateau est transféré de la table de contrôle
au sommet de la pile posée sur une palette qui reste immobile au sol ». Le bureau d'étude propose 2 processus de 4 mouvements élémentaires repérés
de 1 à 4 pour transférer le plateau sur la pile.
[pic] Les cotes indiquées sur les schémas descriptifs ci-dessous, correspondent
aux amplitudes des mouvements pour le cas le plus défavorable : mise en
place du dernier plateau sur le sommet de la pile.
Le bureau d'étude a fixé, pour tous les déplacements, une vitesse constante
de 0,5 m/s.
Processus 1
Ce processus, défini sur le schéma suivant, est composé des 4 mouvements
successifs. [pic] Question 2 (sur feuille de copie)
- Déterminer la durée du processus 1 ?
- Cette durée permet-elle de respecter le cahier des charges ?
- Justifier la réponse.
Processus 2
Ce processus est défini sur le schéma suivant. Les mouvements 1 et 2 sont
regroupés pour former la trajectoire notée : Question 3 (sur feuille de copie)
- Déterminer la durée du processus 2 ?
- Cette durée permet-elle de respecter le cahier des charges ?
- Justifier la réponse. étude du transfert d'extraction / élévation du plateau Objectif : Étudier les contraintes de fonctionnement d'une solution
technique Le bureau d'étude a retenu pour le transfert du plateau entre la sortie de
la table et le haut de la pile le principe d'un convoyeur à bandes à 2
sections, dont l'une s'incline en fonction de la hauteur de la pile,
l'autre restant horizontale.
L'entraxe des poulies de la section inclinable du convoyeur est de 1900 mm.
L'entraînement des bandes du convoyeur est effectué par des poulies plates
Ø100 mm. L'épaisseur des bandes transporteuses est négligée.
Les bandes de la section horizontale du convoyeur se situent à 30 mm en
dessous de la face supérieure de la table de contrôle visuel.
[pic]
Pour un fonctionnement optimal, lorsque la section inclinable est en
position haute, l'axe de la poulie d'entrée de la section horizontale du
convoyeur à bandes doit être, au minimum, à l'aplomb du bord de la table de
contrôle visuel. Question 4 (sur feuille de copie)
- Calculer la longueur minimale « X » de la section horizontale du
convoyeur à bandes.
- Justifier la réponse. Partie 2 Étude du déplacement du plateau au-dessus de la pile Objectif : Choisir un procédé adapté à la problématique décrite et
l'intégrer dans le processus de production. En sortie du convoyeur à bandes, le produit doit être saisi et translaté
afin de le positionner sur le haut de la pile. Choix du procédé de saisie [pic]
Différents procédés de saisie du plateau en sortie de convoyeur à bandes
sont envisagés par le bureau d'étude. Ils sont présentés sur le document
réponses 1. Question 5 (sur document réponses 1)
- Compléter en indiquant par oui ou par non si le procédé de saisie est
compatible avec le produit.
- Justifier la réponse. Étude du processus
Le préhenseur retenu par le bureau d'étude doit saisir le plateau en sortie
du convoyeur à bandes. Il est associé à un axe horizontal X de course 2200
mm pour assurer le transfert du plateau au-dessus de la pile.
En fin de ce transfert, un axe vertical Z assure le déplacement en hauteur
de l'axe X en position de préhension du plateau suivant et simultanément
l'inclinaison appropriée de la section inclinable du convoyeur.
Un détecteur pp1 informe de l'arrivée d'un plateau sur la section
inclinable. L'autre détecteur, pp autorise la saisie du plateau. La course
du plateau entre pp1 et le plan de détection de pp est de 150 mm.
[pic] Le processus pour empiler un plateau est décrit par le diagramme d'activité
du document réponses 2. L'action « Entrainer plateau sur la pile »
représentée sur ce diagramme, comporte 3 phases :
- la préhension du plateau d'une durée de 0,2 s,
- le déplacement du plateau sur une course de 2200 mm noté X+,
- puis la dépose du plateau d'une durée de 0,2 s. Pour rappel, les plateaux ont une certaine tolérance d'épaisseur et le
bureau d'étude a retenu, pour tous les déplacements, une vitesse constante
de 0,5 m/s. Question 6 (sur document réponses 2)
En s'aidant du document ressources 1 :
- Tracer sur le diagramme d'activité les 2 flux objet manquants ;
- Compléter sur le diagramme d'activité les flux de contrôle nécessaires
pour indiquer l'ordre d'exécution des actions. Question 7 (sur feuille de copie)
À partir du document réponses 2 :
- Énoncer les entrées nécessaires pour que l'action « Entrainer un
plateau jusqu'à pp1» démarre ;
- Énoncer les entrées nécessaires pour que l'action « Entrainer un
plateau jusqu'à pp» démarre ;
- Expliquer pourquoi le bureau d'étude à scinder l'entrainement du
plateau par le convoyeur à bandes en 2 actions. Sur le document réponses 2, le suivi chronologique des flux (objet et
contrôle) dessine 2 boucles. La 1ère boucle concerne les actions
successives : « Entrainer plateau jusqu'à pp » et « Entrainer plateau
jusqu'à pp1 ». Question 8 (sur feuille de copie)
- Énoncer l'ensemble des actions de la seconde boucle ;
- Calculer de façon détaillée la