CAPET Externe - SII - 2020 - 3ème Concours - Analyse et exploitation pédagogique d'un système pluritechnique

CAPET concours externe  - 3ème Concours

Section : Sciences Industrielles de l’Ingénieur
Épreuve d'admissibilité
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Support : Système de préparation de commande

MISE EN SITUATION

1. Le contexte général

Le commerce électronique (e-commerce) est un mode d’échange en vogue et présente une croissance ininterrompue en France depuis 10 ans. Les commerçants, qui vendent en ligne, doivent continuer à augmenter le choix et la taille de leur magasin en ligne ainsi que la facilité d’acheter, de ramasser et de retourner les articles localement.

Après la commande d’un article sur un site de e-commerce, un opérateur doit ensuite la préparer, en collectant les produits, pour réaliser le colis client. Cet opérateur met les produits collectés dans des rayonnages, dans un chariot, avant de les apporter à la ligne de mise sous emballage. L’opérateur n’est capable d’attraper que des articles situés à 1,80 m tout au plus (voir Figure 1) et peut parcourir jusqu’à 15 kilomètres en une journée tout en poussant un chariot.

Il existe désormais sur le marché des solutions automatisées, qui apportent les caisses chargées de produits directement auprès du préparateur de commande. Majoritairement ces solutions n’utilisent pas d’étagères de grande hauteur (pour l’optimisation du stockage), sont figées et ne permettent pas une évolution de stockage dans le temps pour suivre l’évolution de l’entreprise.

2. La solution Exotec

L’entreprise Exotec propose un dispositif robotique qui permet à des robots de travailler en équipe au milieu des étagères d’un entrepôt (voir Figure 2). Ces robots peuvent se hisser le long des étagères jusqu'à 10 mètres de hauteur afin de récupérer le bac de produits désirés et l’amener à l’opérateur qui est maintenant statique.

Le système s'adapte à l'alimentaire (sec et frais) et au non-alimentaire, comme le textile.

3. La présentation de l'installation

Les robots baptisés Skypod naviguent dans l'entrepôt entre les racks de stockage et les stations de préparation de commandes, sans infrastructure de guidage (voir Figure 3). Chaque robot transporte et range un bac contenant les articles dans des racks jusqu'à 10 mètres de hauteur.

À l'extérieur de la matrice de rangement (ou rack) haute de 10 mètres, un opérateur indique, depuis le terminal d'une station de préparation de commande, le produit qu'il souhaite sortir.

Affecté à cet ordre, le Skypod se déplace de manière autonome pour aller chercher le bac correspondant à une vitesse atteignant 4 mètres par seconde, se repérant grâce à des lasers. Puis il s'agrippe et s'élève le long des rails verticaux des étagères. Une fois arrivé à destination, il soulève le bac qui contient le produit désiré, avec son plateau télescopique (appelé fourche) et le rapporte ensuite vers la station de préparation de commande, où l’opérateur saisit manuellement le nombre d’articles souhaités. Chaque bac contient jusqu'à 30 kilogrammes d'articles stockés. Les trajets sont optimisés par intelligence artificielle, c'est-à-dire un algorithme complexe qui optimise les trajets, depuis un ordinateur central pouvant contrôler jusqu'à 1 000 robots.

4. Le robot Skypod

Le robot (voir figure 4) pour effectuer sa tâche, dispose de :

• deux roues motrices et deux roues omnidirectionnelles (déplacement horizontal et accès à la station de préparation de commande) ;
• un capteur laser (position dans son environnement) ;
• deux bras motorisés rétractables s’agrippant aux rails des étagères (déplacement vertical) ;
• une fourche télescopique (voir Figure 5) permettant de saisir et déposer un bac dans l’étagère (picking de bac) ;
• une commande embarquée en dialogue avec la supervision (pilotage des mouvements du robot et réception des missions à accomplir) ;
• une batterie (alimentation autonome en énergie).

5. Les problématiques du sujet

L’objectif de l’étude est de vérifier la faisabilité de l’implantation d’un système de préparation de commande dans un entrepôt existant. La première partie du sujet permet donc de valider les solutions envisagées (seulement les fonctions les plus critiques), lors de l’étude d’avant-projet afin de lancer la conception détaillée du système et en particulier du Skypod.

L’étude proposée aborde six problématiques techniques indépendantes devant répondre aux exigences détaillées dans le document annexe DA1 :

• vérifier la possibilité d’implantation du rack de stockage dans l’entrepôt existant ;
• assurer l’ascension du robot dans le rack ;
• assurer le positionnement vertical du robot ;
• choisir la batterie permettant une autonomie suffisante du robot ;
• vérifier la stabilité du robot lors de ses déplacements au sol ;
• vérifier que la fourche télescopique permet l’extraction des bacs.

La deuxième partie, indépendante des précédentes, concerne la mise en place de séquences pédagogiques en collège et en lycée. Il est conseillé de consacrer 1,5 h à cette partie.

Il est fortement recommandé de formuler explicitement sur la copie, toutes les hypothèses jugées utiles.