Maquettage et prototypage : exercices corrigés de Seconde CIT

Situation 1 : tu crées la forme d'une pièce, c'est de la modélisation 3D. Cette modélisation permet ensuite de réaliser concrètement la pièce ¹.

Situation 2 : tu décris le comportement du système par un code, c'est de la programmation.

Situation 3 : l'imprimante 3D produit une pièce physique, c'est de la fabrication (plus précisément de la fabrication additive) ¹.

Situation 4 : tu testes des réglages sans construire l'objet, c'est de la simulation. Les simulateurs permettent d'étudier des résultats sans réaliser l'expérience physiquement ¹.

a) L'impression 3D construit la pièce en déposant de la matière : c'est de la fabrication additive ¹.

b) La découpe laser retire de la matière le long d'un tracé dans une plaque : c'est de la fabrication soustractive ¹.

c) La fraiseuse à commande numérique usine un bloc en enlevant de la matière : c'est aussi de la fabrication soustractive ¹.

Pour t'assurer de ta réponse, relis chaque cas avec la question : « la pièce grossit-elle ou est-elle taillée dans un volume de départ ? »

Avantage 1 : le papier est probablement la technique la plus rapide et la moins coûteuse pour obtenir un prototype ⁴.

Avantage 2 : on hésite moins à critiquer ou à modifier un dessin qui n'a presque rien coûté qu'une version très travaillée ⁴. Les retours arrivent donc tôt et sont plus francs.

Limite : la maquette papier n'est pas à l'échelle réelle de l'interface finale, ce qui peut gêner au moment du développement ⁴.

Suite logique : refaire une version avec un logiciel, qui tient compte des retours obtenus, puis recommencer des essais avec des utilisateurs ⁴.

Donnée : hauteur réelle $= 45$ cm ; échelle $= \frac{1}{5}$.

Calcul : $45 \times \frac{1}{5} = 9$.

Résultat : la maquette mesure 9 cm de hauteur.

Pour la question 2 : une maquette à une autre échelle que l'objet final peut cacher des problèmes qui n'apparaissent qu'à la taille réelle. Pour une interface, cette limite est signalée explicitement, et il faut alors construire une maquette réaliste à l'échelle exacte du produit final ⁴. Le raisonnement vaut aussi pour un objet physique : on refait un essai à l'échelle 1 avant de valider.

Temps des versions papier : $3 \times 20 = 60$ minutes.

Temps de la version logicielle : $2 \times 60 = 120$ minutes.

Durée totale : $60 + 120 = 180$ minutes, soit 3 heures.

Remarque de démarche : les trois essais papier ont coûté deux fois moins de temps que la seule version logicielle. C'est l'intérêt de tester les idées sur papier avant de passer au logiciel ⁴.

Intérêt 1 : le simulateur fait découvrir les plages de valeurs possibles d'une grandeur, comme la température ou l'humidité ¹.

Intérêt 2 : on voit tout de suite l'effet d'une modification du programme et on évalue sa fonctionnalité sans rien câbler ¹. Le simulateur permet aussi de tester des situations difficiles à organiser dans la réalité ¹.

Limite : le prototypage ne se limite pas au virtuel ¹. Le câblage réel, la fixation du capteur ou la tenue de la maquette sous la pluie ne se vérifient pas dans un simulateur.

Ordre cohérent : écrire le programme, le tester en simulation, corriger, puis réaliser le montage réel et comparer les mesures obtenues avec celles attendues.

Volume du bloc : $10 \times 6 \times 4 = 240$ cm$^3$.

Matière enlevée : $240 - 150 = 90$ cm$^3$.

En fabrication additive, on dépose de la matière pour construire la pièce ¹ : il suffit, au minimum, d'apporter le volume de la pièce, soit $150$ cm$^3$.

Comparaison : le procédé soustractif a produit $90$ cm$^3$ de chutes, alors que le procédé additif en produit beaucoup moins (seulement d'éventuels supports).

a) Pour un premier partage d'idées, une maquette suffit : les premières maquettes sont souvent statiques, simples, et peuvent prendre la forme de dessins sur papier ⁵.

b) Pour tester un fonctionnement avec des utilisateurs, on utilise un prototype : un prototype permet de tester l'utilisation et l'utilisabilité auprès d'utilisateurs ⁵.

c) Pour une remise finale, on parle de produit, qui correspond au niveau le plus abouti de la liste du programme ³.

Vérification : l'ordre maquette, prototype, produit suit la progression du projet.

Ce qu'il permet : juger l'agencement général et la clarté des éléments d'interface (boutons, menus, champs). Ce qu'il ne permet pas : vérifier le fonctionnement réel, puisque la maquette est statique ⁵.

Tâches possibles : « trouve un vélo libre et réserve-le » ; « signale qu'un vélo est abîmé ». Dans un test d'utilisabilité, l'utilisateur accomplit des tâches réalistes en interagissant avec la maquette ⁴.

Rôle de l'animateur : quand l'utilisateur appuie sur un bouton ou saisit un texte à l'oral, le camarade ajoute ou retire des éléments en papier pour simuler la réaction de l'interface ⁴.

Pour que le test soit utile, on met du vrai contenu (noms de lieux, vrais libellés) plutôt que du faux texte, afin que l'utilisateur puisse s'approprier l'interface ⁴.

Après le test, on note les difficultés rencontrées et on construit une version corrigée.

Étape 1, idées : croquis sur papier de plusieurs formes, car le papier est rapide et peu coûteux ⁴. On vérifie l'intérêt et la lisibilité des idées auprès de quelques camarades.

Étape 2, modélisation : dessin de la forme retenue dans un logiciel de modélisation 3D, qui servira ensuite à fabriquer la pièce ¹. On y contrôle les dimensions et l'assemblage.

Étape 3, simulation et programmation : écriture du programme de l'élément lumineux et essai dans un simulateur, qui permet de modifier des paramètres et de voir immédiatement leurs effets ¹.

Étape 4, fabrication : exportation du modèle 3D dans un format adapté à la machine, puis réalisation par impression 3D (ajout de matière) ou par découpe laser (enlèvement de matière) ¹. On vérifie l'ajustement réel de la pièce.

Étape 5, test et amélioration : un petit groupe de visiteurs ou de camarades essaie le porte-clés, on note leurs remarques et on prépare une nouvelle version. Les tests sont répétés d'une version à l'autre, selon la logique itérative ⁴⁵.

Le retour d'utilisateurs a donc lieu dès l'étape 1, sur papier, puis à l'étape 5 sur l'objet réel.