PLACIS: a general project-based learning framework illustrated with a concrete example

PLACIS (PLAteforme Collaborative d'Ingénierie Systèmes) est un projet financé par l'Agence Nationale de la Recherche dans le cadre des Investissements d'Avenir. PLACIS a débuté en septembre 2012 et est piloté par l'Institut Polytechnique Grand Paris (IPGP, constitué de : ISMEP ? Supméca, ENSEA et EISTI). Ce projet de grande ampleur promeut un apprentissage et un enseignement actifs à travers des projets collaboratifs, industriels et internationaux, réalisés à distance par des étudiants ingénieurs. Depuis son commencement, PLACIS a gagné en maturité non seulement avec de nouveaux étudiants et projets, mais aussi via le développement de nouveaux outils comme une future plateforme d'apprentissage : un environnement d'apprentissage web 3.0 distribué, adaptable, collaboratif, sémantique et social, et la mise en place d'une boite à outils pour les enseignants afin d'évaluer compétences et connaissances en apprentissage par projet, dans le cadre d'un projet Erasmus+ mené en parallèle (EPICES : European Platform for Innovation and Collaboration between Engineer Students). L'objectif est de développer ou créer l'implication des enseignants et des étudiants dans de nouvelles pratiques d'enseignement (apprentissage par projet, apprentissage par problème, petits cours privés en ligne) nécessaires à la mise en place d'une alternative à la configuration traditionnelle cours / travaux dirigés / travaux pratiques. Tous ces aspects nous permettent de voir les premiers résultats de ce qui est le but principal du projet : entrainer les étudiants non seulement à devenir des ingénieurs classiques, mais aussi à être capable de comprendre des problématiques multidisciplinaires et industrielles, à travailler en équipes, avec des personnes de différentes cultures et, plus généralement, à être acteurs de leurs cursus et à se mouvoir aisément dans le monde industriel d'aujourd'hui et de demain. Nous pouvons facilement nous appuyer sur l'exemple du projet industriel mis en place depuis le démarrage de PLACIS en septembre 2012 et toujours en cours entre l'Institut des Moteurs ? CNR (IM-CNR), l'Université Federico II de Naples (UNINA) et l'Institut Polytechnique Grand Paris (IPGP).PLACIS (Collaborative Platform for Systems Engineering) is a project funded by the French National Agency for Research under “Investments for the future” program. PLACIS started in September 2012 and is run by Institut Polytechnique Grand Paris (IPGP, gathering ISMEP – Supméca, ENSEA and EISTI). This large-scale project promotes active learning and teaching through industrial, international and at-a-distance collaborative projects, carried out by engineer students. Since its beginning, PLACIS has gained in maturity not only with new students’ projects and new partners, but also with the development of new tools like a future learning platform: an adaptive, collaborative, semantic and social web 3.0 distributed learning environment, and an implementation of a toolbox for teachers to assess skills and knowledge in project-based learning with an Erasmus+ project in parallel (EPICES: European Platform for Innovation and Collaboration between Engineer Students). The objective is to develop or create the involvement of teachers and students into new teaching practices (project-based learning, problem-based learning, small private online courses) necessary for the implementation of an alternative to the traditional configuration courses / supervised work / practical classes. All these aspects enable us to see the first achievements of what is the main goal of the project: to train students not only to become classic engineers, but also to be able to understand multidisciplinary and industrial issues, to work in teams, with people from different cultures and, more generally, to be actors of their curricula and to move easily in today’s and tomorrow’s industrial world. We can easily rely on the example of an industrial project especially set up from the beginning of PLACIS in September 2012 and which is still in progress between Istituto Motori – CNR (IM-CNR), Università di Napoli Federico II (UNINA) and Institut Polytechnique Grand Paris (IPGP)

Pre-designing of a mechatronic system using an analytical approach with dymola

This paper presents a pre-dimensioning method applied to a mechatronic system and regarding the vibrational aspect, through a simple modeling process in Dymola environment. We study the vibration transmission between dynamic exciters (motors) and receivers (electronic cards) which are located on a simply supported rectangular plate, using an analytical approach. This new method will allow us to perform representative and robust modeling and simulation. The solution for this issue would be a pre-sizing and pre-positioning procedure. It aims to determine a set of possible technical solutions and principal characteristics before the definitive choice of components and precise sizing of the system. The presented method predicts also behaviour of the mechatronic system. In order to validate the model with respect to the finite element method, selected simulation results are presented

Contribution to the integration of multiphysics modelling and simulation for the design of mechatronic systems

Le verrou de l'intégration de la simulation multi-physique dans la conception des systèmes mécatroniques est lié, entre autres, aux problèmes d'interopérabilité entre les outils de simulation. Ces problèmes engendrent des difficultés pour assurer des optimisations multidisciplinaires. Dans cette thèse, nous avons développé une approche de conception intégrée permettant de franchir cet obstacle. Cette approche s'appuie sur l'utilisation d'une plateforme d'intégration permettant de coupler divers outils de modélisation et de simulation. La modélisation du comportement multi-physique des composants au niveau détaillé est assurée par les méta-modèles, également utilisés pour l'optimisation multidisciplinaire des composants du système mécatronique. Ces méta-modèles permettent aussi d'intégrer le comportement multi-physique des composants et des modules mécatroniques pour la simulation au niveau système. Cette approche a été validée avec une modélisation d'un véhicule électrique. Ainsi, le niveau conceptuel de modélisation a été effectué avec le langage de modélisation des systèmes SysML et la véri_cation d'un test de performance d'accélération a été réalisée avec le langage de modélisation Modelica. Le module de conversion de puissance électrique du véhicule avec les fils de bonding a été modélisé avec la CAO 3D et son comportement multi-physique a été vérifié avec la méthode des éléments finis. Des méta-modèles sont ainsi élaborés en utilisant les techniques de surfaces de réponse et les réseaux de neurones de fonctions à base radiale. Ces méta-modèles ont permis ensuite d'effectuer des optimisations géométriques bi-niveaux du convertisseur de puissance et des fils de bonding. Le comportement électro-thermique du convertisseur de puissance et celui thermo-mécanique des fils de bonding ont été alors intégrés au niveau système à travers les méta-modèles. Les résultats montrent la flexibilité de l'approche du point de vue échange des méta-modèles et optimisation multidisciplinaire. Cette approche permet ainsi un gain très important du temps de conception, tout en respectant la précision souhaitée.Difficulty of integrating multi-physics simulation in mechatronic system design is related, among others, to issues of interoperability between design tools, which lead to difficulties to ensure multidisciplinary optimizations. In this thesis, we have developed an integrated design approach to overcome this obstacle. This approach relies on the use of integrating platforms for coupling various design tools. Capture of multi-physics behaviour of components at detailed level is provided by meta-models which are also used for multidisciplinary optimization. These meta-models are therefore used to integrate multi-physics behaviour of mechatronic components and modules in system-level simulations. This approach has been validated with a design case of an electric vehicle. Conceptual design level has been performed with the Systems Modeling Language SysML and a verification of an acceleration performance test has been achieved with modeling language Modelica. Electric power converter with wire bondings has been modeled using 3D CAD and the multi-physics behaviour has been verified with finite elements method. Meta-models have then been developed for the power converter and wire bondings using techniques of response surfaces and neuronal networks of radial basis functions. These meta-models have been used to perform geometric bi-level optimizations of the components. Electro-thermal behavior of the power converter and thermo-mechanical behavior of the wire bondings have been integrated at system level through meta-models. Results show flexibility of the approach used in terms of exchange of meta-models and multidisciplinary optimization. Thus, this approach allows an important gain of design time while maintaining the desired accuracy

Contribution à l'intégration de la modélisation et la simulation multi-physique pour conception des systèmes mécatroniques,

Difficulty of integrating multi-physics simulation in mechatronic system design is related, among others, to issues of interoperability between design tools, which lead to difficulties to ensure multidisciplinary optimizations. In this thesis, we have developed an integrated design approach to overcome this obstacle. This approach relies on the use of integrating platforms for coupling various design tools. Capture of multi-physics behaviour of components at detailed level is provided by meta-models which are also used for multidisciplinary optimization. These meta-models are therefore used to integrate multi-physics behaviour of mechatronic components and modules in system-level simulations. This approach has been validated with a design case of an electric vehicle. Conceptual design level has been performed with the Systems Modeling Language SysML and a verification of an acceleration performance test has been achieved with modeling language Modelica. Electric power converter with wire bondings has been modeled using 3D CAD and the multi-physics behaviour has been verified with finite elements method. Meta-models have then been developed for the power converter and wire bondings using techniques of response surfaces and neuronal networks of radial basis functions. These meta-models have been used to perform geometric bi-level optimizations of the components. Electro-thermal behavior of the power converter and thermo-mechanical behavior of the wire bondings have been integrated at system level through meta-models. Results show flexibility of the approach used in terms of exchange of meta-models and multidisciplinary optimization. Thus, this approach allows an important gain of design time while maintaining the desired accuracy.Le verrou de l'intégration de la simulation multi-physique dans la conception des systèmes mécatroniques est lié, entre autres, aux problèmes d'interopérabilité entre les outils de simulation. Ces problèmes engendrent des difficultés pour assurer des optimisations multidisciplinaires. Dans cette thèse, nous avons développé une approche de conception intégrée permettant de franchir cet obstacle. Cette approche s'appuie sur l'utilisation d'une plateforme d'intégration permettant de coupler divers outils de modélisation et de simulation. La modélisation du comportement multi-physique des composants au niveau détaillé est assurée par les méta-modèles, également utilisés pour l'optimisation multidisciplinaire des composants du système mécatronique. Ces méta-modèles permettent aussi d'intégrer le comportement multi-physique des composants et des modules mécatroniques pour la simulation au niveau système. Cette approche a été validée avec une modélisation d'un véhicule électrique. Ainsi, le niveau conceptuel de modélisation a été effectué avec le langage de modélisation des systèmes SysML et la véri_cation d'un test de performance d'accélération a été réalisée avec le langage de modélisation Modelica. Le module de conversion de puissance électrique du véhicule avec les fils de bonding a été modélisé avec la CAO 3D et son comportement multi-physique a été vérifié avec la méthode des éléments finis. Des méta-modèles sont ainsi élaborés en utilisant les techniques de surfaces de réponse et les réseaux de neurones de fonctions à base radiale. Ces méta-modèles ont permis ensuite d'effectuer des optimisations géométriques bi-niveaux du convertisseur de puissance et des fils de bonding. Le comportement électro-thermique du convertisseur de puissance et celui thermo-mécanique des fils de bonding ont été alors intégrés au niveau système à travers les méta-modèles. Les résultats montrent la flexibilité de l'approche du point de vue échange des méta-modèles et optimisation multidisciplinaire. Cette approche permet ainsi un gain très important du temps de conception, tout en respectant la précision souhaitée

Generation of disassembly plans and quality assessment based on CAD data

International audienc

Multi-scale approach from mechatronic to Cyber-Physical Systems for the design of manufacturing systems

International audienceRecent advances in manufacturing industry, and notably in the Industry 4.0 context, promote the development of CPSs and consequently give rise to a number of issues to be solved. The present paper describes the context of the extension of mechatronic systems to cyber-physical ones, firstly by highlighting their similarities and differences, and then by underlining the current needs for CPSs in the manufacturing sector. Then, the paper presents the main research issues related to CPS design and, in particular, the needs for an integrated and multi-scale designing approach to prevent conflicts across different design domains early enough within the CPS development process. To this aim, the impact of the extension from mechatronic to Cyber-Physical Systems on their design is examined through a set of existing related modelling techniques. The multi-scalability requirement of these techniques is firstly described, concerning external/internal interactions, process control, behaviour simulation, representation of topological relationships and interoperability through a multi-agent platform, and then applied to the case study of a tablets manufacturing process. Finally, the proposed holistic description of such a multi-scale manufacturing CPS allows to outline the main characteristics of a modelling-simulation platform, able notably to bridge the semantic gaps existing between the different designing disciplines and specialised domains

RFLP Approach in the Designing of Power-Trains for Road Electric Vehicles

This paper is focused on the designing process of propulsion systems for road electric vehicles, by means of the RFLP approach for System Engineering. The process starts from the analysis of the main requirements for the vehicle considered, in relation to its specific mission. The vehicle behavior is then simulated on standard driving cycles, evaluating the performance figures of different power-train configurations, under different operative conditions. The presented designing procedure reaches the 3D CAD model of the identified propulsion system, coupled with a specific laboratory test bench, based on an eddy current brake and flywheel for the simulation of the vehicle inertia. The obtained simulation results show the good performance of the power-train in terms of vehicle speed following its reference on driving cycle and vehicle autonomy

Model-based Systems Engineering methodology for defining multi-physics simulation models

International audienc