Agrégation concours externe
Section : Sciences Industrielles de l’Ingénieur
Épreuve d'admissibilité
Option sciences industrielles de l'ingénieur et ingénierie mécanique
Support : Robot de manutention
Analyse des choix de conception et d'implantation d'un robot
Présentation du système
Le support d’étude est un système d’automatisation permettant de réduire considérablement la pénibilité du travail relatif au conditionnement de produits dans un environnement difficile pour l’être humain. L’étude porte sur l’implantation d’un robot de manutention qui évolue à forte cadence dans une enceinte à basse température.
Le client souhaite automatiser une chaîne d’emballage de produits alimentaires surgelés. Le cahier des charges indique les exigences suivantes :
- une température d’ambiance comprise entre 1°C et 12°C ;
- un milieu répondant aux normes d’hygiène sanitaire ;
- un produit à manipuler à -18°C ;
- une cadence de 800 produits par minute ;
- une période active hebdomadaire de 144 heures sans arrêt.
Les produits surgelés, palets cylindriques, sortent d’un tunnel de surgélation à vitesse continue et constante. Ils sont disposés en vrac sur un tapis roulant et ils sont saisis, un par un, par un robot qui les dispose dans une boîte en carton préformée. Une boîte est pleine lorsqu’elle contient 8 palets. Le robot remplit alors la suivante. Les boîtes se déplacent en ligne et en continu sur une bande transporteuse.
Le client envisage l’installation de plusieurs lignes de production pour assurer la productivité attendue. Chaque ligne de production est constituée d’un tunnel de surgélation et d’une ligne d’emboîtage alimentée par un robot. La configuration tunnel-ligne d’emboîtage est prévue à axes parallèles ou perpendiculaires.
Le client fait appel à un professionnel qui conçoit et installe le système répondant au cahier des charges. Après une étude économique d’exploitation, le constructeur propose comme composant principal un robot 4 axes dit « à plans parallèles » aux performances élevées en termes de volume de l’enveloppe de travail, répétabilité de positionnement, de vitesse de déplacement, d’adaptation au milieu alimentaire et de sûreté de fonctionnement.
L’objectif des études qui vont suivre est de justifier les différents choix réalisés par l’installateur des lignes d’emballages en vue de garantir au client les performances nécessaires pour cette application agro-industrielle.
Pour cela, le sujet propose de vérifier :
- si le choix d’architecture et de technologie des axes permet de garantir une accessibilité et une enveloppe de travail suffisante ;
- si la conception détaillée des liaisons et leur mode d’obtention permet de garantir une bonne précision et/ou répétabilité ;
- si les grandes cadences annoncées sont atteignables sans mettre en péril les performances de précision de positionnement ou la durée de vie du système ;
- et enfin, si le choix de matériau et sa mise en oeuvre pour la fabrication du corps d’avant-bras du robot sont en accord avec les études précédentes.