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5 Nov 2018, 14:17

La mécatronique, une approche multidisciplinaire de l'ingénierie

Les ingénieurs en mécatronique sont des fournisseurs de solutions

Une recherche rapide sur Internet vous dira que la mécatronique est un mélange de mécanique, de génie électrique et d'ingénierie de commande et, pour des raisons relativement apparentes, ce terme est souvent utilisé en référence à la robotique et à l'ingénierie industrielle. C'est sans doute une définition académique mais, pour le commun des mortels, c'est probablement quelque chose d'un peu différent ; cela consiste à acquérir et mettre en œuvre les compétences nécessaires pour faire le travail. Il n'est pas nécessaire d'analyser un projet de mécatronique en profondeur pour voir qu'il contient ces trois éléments. Dans ce contexte, la mécatronique s'attache à l'application, qu'elle soit robotique par essence ou d'une nature complètement différente.

L'ingénierie consiste à mettre les mains à la pâte, alors pourquoi est-ce que cela devrait s'arrêter à la carte de circuit imprimé ? À vrai dire, ce n'est pas le cas. Même les ingénieurs en électronique les plus spécialisés se sentent récompensés lorsque quelque chose fait un bruit sourd ou vrombit quand il le devrait. Les ingénieurs en mécanique utilisent la CAO pour concevoir et modéliser des systèmes bien avant qu'ils ne soient fabriqués, et les logiciels sont au cœur de ce processus. Quelques efforts notables ont même été entrepris pour rassembler ces trois domaines de conception dans un seul environnement.

Les systèmes de commande ont évolué au cours du siècle dernier : de purement mécaniques, ils sont devenus en grande partie électriques. En fait, il est difficile de voir pourquoi les systèmes de commande existeraient sans la présence d'un élément mécanique ou électrique. Les régulateurs ont été conçus pour mettre en place un contrôle proportionnel dans les moteurs à vapeur à l'aide d'une simple rotation mécanique ; aujourd'hui, les unités de commande électronique (UCE) sont utilisées pour gérer tous les aspects d'un moteur à combustion interne. Il est clair qu'une bonne compréhension de l'ingénierie mécanique a toujours été nécessaire pour le développement des systèmes de commande ; cela s'est élargi récemment pour inclure le génie électrique. Au fil du temps, les secteurs électriques et mécaniques sont devenus de plus en plus interdépendants. Cela ne fait que souligner à quel point il est plus important que jamais d'adopter une approche de l'ingénierie qui soit multidisciplinaire.

Tout comme le régulateur mécanique a finalement été remplacé par des systèmes plus complexes pouvant appliquer le contrôle proportionnel d'une manière plus fiable et reproductible, la nature des systèmes de contrôle elle-même a évolué : de purement physiques, ils sont devenus en grande partie intangibles. Des algorithmes fonctionnant sur des moteurs de traitement puissants ont remplacé les pièces métalliques en rotation soigneusement calibrées. Les logiciels permettent désormais de contrôler presque tous les systèmes et cela fait des années que l'ingénierie ne peut plus se définir simplement par ce que nous pouvons voir et toucher. Le codage a changé l'ingénierie et la mécatronique est en train de la redéfinir.

Étant donné que les logiciels ne peuvent pas ouvrir une vanne ou détecter la pression dans un tuyau de combustible sans aide, ils sont fortement dépendants des interfaces avec le monde physique que seuls des dispositifs physiques peuvent fournissent. Leurs yeux, oreilles et mains sont des capteurs, des actionneurs, des moteurs et d'autres formes de transducteurs. Ces transducteurs doivent être soigneusement intégrés à l'ensemble du système, c'est de cela que l'ingénierie système traite à l'heure actuelle. Le terme mécatronique définit cela avec justesse.

Qui sont les ingénieurs en mécatronique ?

Il n'est pas difficile de comprendre pourquoi les fabricants et intégrateurs systèmes peuvent être considérés comme des ingénieurs en mécatronique. Ils ne voient pas de limites quand il s'agit de créer un système capable d'ouvrir ou de fermer une porte d'une simple pression sur l'écran d'un smartphone. Beaucoup ne verront même pas la différence entre les disciplines impliquées, mais ce n'est pas le cas de l'industrie, qui aime ce qu'elle voit. Les ingénieurs en mécatronique sont de plus demandés parce que ce sont, par essence, des créateurs de solution.

Les besoins en praticiens hautement qualifiés en conceptions mécaniques et électriques de pointe ne se tarissent pas, mais la demande pour des ingénieurs capables de prendre ce que ces experts spécialisés produisent et de l'appliquer rapidement à des problèmes réels ne cesse de croître. Cette attitude positive a été renforcée ces derniers temps du fait que des solutions configurables sont de plus en plus disponibles, ce qui renforce une approche pratique d'une ingénierie axée sur les résultats.

L'ingénierie dans toute sa splendeur

Les employeurs ne sont pas les seuls à comprendre les avantages de la fusion des disciplines ; l'industrie dans son ensemble facilite le regroupement de toutes les facettes de l'ingénierie d'une façon plus rapide et plus productive. Des projets informatiques peu coûteux tels que Raspberry Pi et Arduino qui ont été intégrés à tout un tas de conceptions destinées principalement à des applications mécatroniques. L'industrie des semi-conducteurs évolue dans ce sens depuis de nombreuses années en produisant des boîtiers de support de carte, des conceptions de référence et d'autres systèmes de plates-formes destinés à aider les ingénieurs à créer des solutions sans avoir à maîtriser les détails. C'est dans le domaine des commandes de moteur que cela est peut-être le plus visible et le plus applicable. La commande de moteur peut être difficile si elle est appréhendée en partant d'une feuille blanche, mais elle est grandement simplifiée par l'adoption d'une plate-forme de commande de moteur prévalidée, fournie par un fournisseur de microcontrôleurs.

En réunissant différentes disciplines au sein d'une même équipe de conception, des ingénieurs aux compétences complémentaires pourront travailler ensemble. Chacun saura apprécier les talents des autres et pourra, dans une certaine mesure, les aider dans le processus de conception.

L'IoT joue un rôle moteur

C'est grâce à l'IoT que la mécatronique suscite un regain d'intérêt (l'expression a été employée pour la première fois il y a près de 50 ans). L'Internet des objets (IoT) est en réalité l'Internet des données, parce que ce sont les données (ou les informations, sous leur forme la plus générale) qui mènent le monde à l'heure actuelle. L'automatisation est rendue possible entièrement grâce aux systèmes de commande qui fonctionnent à l'aide de données. Dans un moteur à vapeur, les "données" étaient la charge du moteur : plus la charge était importante, plus le moteur forçait, contrôlé par le régulateur. De plus en plus, les données qui alimentent ce processus viennent de plus loin, il ne s'agit plus simplement de la charge du moteur, c'est le stock dans les rayons, les voitures sur les routes, et même le soleil dans le ciel. La mécatronique permet de réunir et d'agir sur les données, elle décrit l'ensemble du système en boucle fermée.

Les lycées, écoles et universités reconnaissent désormais l'importance d'une approche multidisciplinaire de l'apprentissage, et le monde universitaire adopte de plus en plus des programmes intégrant des compétences complémentaires. Les formations diplomantes en mécatronique sont de plus en plus nombreuses, et les écoles britanniques proposent des T-Levels, équivalents scolairement à des A-Levels mais beaucoup plus orientés sur la conception et la technologie.

Nous assistons à la montée en puissance des ingénieurs en mécatronique, et cela devrait durer. Cela ouvre des possibilités énormes pour quiconque s'intéresse un tant soit peu à l'ingénierie, parce que cela veut dire qu'il n'est pas nécessaire de passer des années à maîtriser un seul domaine, mais qu'il est possible d'utiliser ses compétences spécifiques pour devenir compétent dans de nombreux domaines.

Favourite things are Family, Music and Judo. Also, I have the ability to retain and quote useless facts, something that pleases me but can annoy others. My engineering hero - Isambard Kingdom Brunel

5 Nov 2018, 14:17

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