ÉTUDE DES SYSTÈMES. Savoir faire A1.1 Décrire le besoin A3.3 Repérer les constituants dédiés aux fonctions d un système

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1 Plan A APPROCHE DE L ANALYSE FONCTIONNELLE B APPROCHE DE L ANALYSE STRUCTURELLE C DESCRIPTION PAR CHAÎNES FONCTIONNELLES Objectifs Connaissances ÉTUDE DES SYSTÈMES Acquérir le vocabulaire nécessaire relatif aux notions fondamentales de l étude des systèmes pluritechnologiques Appréhender la notion de modèle S approprier les règles de lecture de diagrammes fonctionnels SysML Diagramme des cas d utilisation - UC Diagramme d exigences - REQ S approprier les règles de lecture de diagrammes structurels SysML Diagramme de définition de blocs - BDD Diagramme interne de bloc - IBD Identifier les éléments d une chaîne d énergie et d une chaîne d information Je sais définir les notions suivantes Je connais systèmes pluritechnologiques milieu environnant fonction, fonction de service modèle Compétences matière d œuvre valeur ajoutée le rôle des diagrammes des cas d utilisation et d exigences le rôle du diagramme de définition de blocs et du diagramme interne de bloc la structure des chaînes d énergie et d information les familles de composants des chaînes d énergie et d information. A1. Identifier le besoin et les exigences A3. Appréhender les analyses fonctionnelles et structurelles Savoir faire A1.1 Décrire le besoin A3.3 Repérer les constituants dédiés aux fonctions d un système A1.2 Traduire un besoin fonctionnel en exigences A3.7 Identifier et décrire la chaine d information et la chaine d'énergie du système A1.3 Présenter la fonction globale A3.8 Identifier les liens entre la chaîne d énergie et la chaine d'information A1.5 Identifier les contraintes A1.6 Identifier et caractériser les fonctions A1.7 Qualifier et quantifier les exigences (critère, niveau) A3.9 Identifier les constituants de la chaine d'information réalisant les fonctions acquérir, coder, communiquer, mémoriser, restituer, traiter A3.1 Analyser les architectures fonctionnelle et structurelle A3.10 Identifier les constituants de la chaine d'énergie réalisant les fonctions agir, alimenter, convertir, moduler, transmettre, stocker A3.2 Identifier les fonctions des différents constituants Étude des systèmes - 1/7

2 ÉTUDE DES SYSTÈMES A APPROCHE DE L ANALYSE FONCTIONNELLE L analyse fonctionnelle décrit le besoin auquel répond un système et définit les contraintes que celui-ci doit respecter. 1 - Analyse du besoin Cette analyse organise la réflexion autour de trois axes : À qui le système rend-il service? Sur quoi le système agit-il? Dans quel but? Cette analyse doit être complétée par deux réflexions : Le besoin peut-il évoluer? Pourquoi? Quand? Le besoin peut-il disparaître? Pourquoi? Quand? À partir de la réponse aux trois premières questions, on définit la fonction globale du système. À qui? Sur quoi? SYSTÈME Dans quel but? Figure 1 : Analyse du besoin Bêtes à cornes La fonction globale d un système est sa raison d être du point de vue de l utilisateur. Une fonction s énonce par une phrase commençant par un verbe à l infinitif. Il n y a pas équivalence entre fonction et système. Une fonction peut être réalisée par différents systèmes. Passer de l objet à sa finalité est source d innovation. En langage SysML, la fonction globale d un système est décrite par un diagramme des cas d utilisation - UC (Use Case diagram). Sur ce diagramme, on met en évidence les services attendus par les différents types d "utilisateurs" qui ne sont pas forcément des personnes physiques. Exemple : figure 2. Figure 2 : Diagramme des cas d utilisation de la balance HALO 2 - Diagramme des exigences REQ(REQuirement diagram) - figure 3 Une fois la fonction établie il faut recenser les éléments du milieu environnant en interaction avec le système. En effet, le système doit satisfaire non seulement aux exigences de l utilisateur mais également aux contraintes imposées par son environnement. L ensemble des exigences peuvent être regroupées sur un diagramme des exigences. Une exigence est caractérisée par un critère, grandeur physique mesurable un niveau attendu une flexibilité, tolérance par rapport au niveau attendu Id Exigence Critère Niveau Flexibilité 1.1 Mesurer la masse Masse maximale 2kg ± 5% 3 Précision de la mesure Sensibilité 3 10 kg 4.1 Fonctionner en autonomie 10heures ± 10% 4.2 Limiter l encombrement Dimensions 25x20x4 ± 5% Étude des systèmes - 2/7

3 Figure 3 : Diagramme des exigences de la balance HALO 3 - Cahier des Charges Fonctionnel (CdCF) Le Cahier des Charges Fonctionnel est élaboré à partir de l analyse fonctionnelle du besoin pour chaque phase de vie du produit. C est un document contractuel qui rassemble toutes les caractéristiques attendues du système. Il permet au client de contrôler la prestation fournie et il définit le niveau d exigence de la conception pour le fournisseur. Ce cahier des charges définit les fonctions qui traduisent les actions attendues du système pour répondre au besoin les fonctions qui traduisent les contraintes liées au milieu environnant les critères d appréciations de ces fonctions ainsi que le niveau de performance attendu avec une éventuelle flexibilité acceptable. Dans les entreprises, le cahier des charges sert aux échanges entre les différents intervenants qui interviennent dans toutes les phases de la création d un produit. Pour nous, le cahier des charges définit les performances attendues d un système. On peut alors, à partir de mesures effectuées sur le système réel et/ou de performances simulées à partir de modèle numérique, quantifier les écarts avec les performances attendues. B APPROCHE DE L ANALYSE STRUCTURELLE L analyse structurelle définit les composants internes au système et les interactions qui s exercent entre eux. On utilise ici les diagrammes issus du langage SysML. 1 - Diagramme de définition de blocs BDD (Block Definition Diagram) - figure 4 Ce diagramme permet une analyse descendante, il hiérarchise les composants du système. Il permet d obtenir un inventaire des composants constituants le système. Il répond à la question : qui contient quoi? Ce diagramme donne un aperçu de la structure de la maquette numérique ou du système. L exemple de la figure 4 traite un lave-linge programmable. Étude des systèmes - 3/7

4 Figure 4 : Diagramme de définition de blocs d un lave-linge 2 - Diagramme interne de bloc IBD (Internal Block Diagram) - figure 5 Ce diagramme montre les relations entre les éléments internes d un bloc. Il montre les flux de Matière, d et d Information (MEI) entre les différents composants. Il définit les interactions entre blocs. On met en évidence sur ce diagramme les interactions avec l extérieur par l intermédiaire des ports. Figure 5 : Diagramme interne de bloc d un lave-linge Étude des systèmes - 4/7

5 Pour faciliter la lecture, on peut réaliser plusieurs diagrammes internes de bloc pour un même système. On peut par exemple tracer un diagramme IBD pour un bloc ou un ensemble de blocs d un diagramme de définition de blocs. C DESCRIPTION PAR CHAÎNES FONCTIONNELLES Un système réalise simultanément ou successivement plusieurs tâches opératives ou activités pour réaliser sa fonction globale. Une chaîne fonctionnelle décrit, pour une tâche opérative particulière, les relations entre les composants internes en spécifiant leurs fonctions. Les systèmes automatisés agissent sur des flux de matières, d énergies et/ou de données. Une chaîne fonctionnelle peut être classiquement décomposée en une chaîne d énergie qui gère les flux de matières et d énergies pour réaliser une activité une chaîne d information qui traite les flux de données ou d informations pour définir des ordres transmis à la chaîne d énergie. 1 - Chaîne d énergie et chaîne d information On a alors la structure d une chaîne fonctionnelle sur laquelle sont définis les composants, leurs fonctions et les relations entre composants. Interface H/M Interface H/M Consignes ACQUÉRIR Chaîne d information RESTITUER Informations Grandeurs physiques à mesurer ACQUÉRIR Capteur CODER Convertisseur Analogique/Numérique Unité de traitement TRAITER COMMUNIQUER CODER Convertisseur Numérique/Analogique Ordres / Commandes Matière d œuvre AGIR ADAPTER TRANSMETTRE Chaîne d énergie CONVERTIR MODULER ALIMENTER d entrée effecteur transmetteur actionneur préactionneur Matière d œuvre + Valeur ajoutée Figure 6 : Chaîne d énergie - chaîne d information 2 Composants des chaînes d énergie La puissance est la quantité d énergie échangée par unité de temps. C est une grandeur instantanée exprimée en Watt. La puissance, qui est une grandeur scalaire, est le produit de deux grandeurs variables scalaires ou vectorielles. Ces deux grandeurs sont appelées de manières génériques : le flux f et l effort e. On a alors : P( t ) = e( t ) f ( t ) ou P( t) = e( t) f ( t ) On précise dans le tableau ci-dessous la notion de flux et d effort dans quelques cas particuliers Puissance effort flux électrique tension u( t ) courant i( t ) mécanique en translation force F ( t ) vitesse V ( t ) mécanique en translation moment M( t ) vitesse de rotation Ω ( t ) mécanique des fluides pression P( t ) débit volumique q ( t ) v Étude des systèmes - 5/7

6 Préactionneur : gère l énergie de commande de l actionneur. Relais, contacteurs et hacheur pour l énergie électrique Distributeurs pneumatiques ou hydrauliques disponible Ordres de la P.C. Moduler l'énergie distribuée Carte de puissance Variateur électronique Distributeur pneumatique Actionneur : convertit une énergie de puissance disponible en une énergie mécanique Moteurs électriques, thermiques, pneumatiques ou hydrauliques Vérins électriques, pneumatiques ou hydrauliques de puissance Réglage Convertir l'énergie mécanique Moteur à courant continu Vérin pneumatique Réglage Transmetteur : adapte l énergie Tous les dispositifs de transformation de mouvement : engrenages, poulie-courroies, vis-écrou, bielle-manivelle,. mécanique Adapter/Transmettre l'énergie adaptée Engrenages Poulie-courroie Vis-écrou Effecteur : convertit l énergie adaptée provenant des transmetteurs en opération sur la matière d œuvre. Matière d œuvre adaptée Agir sur la matière d œuvre Matière d œuvre + valeur ajoutée Étude des systèmes - 6/7

7 3 Composants des chaînes d information Capteur : prélève des informations sur un processus et réalise la conversion d une grandeur physique mesurée en une autre grandeur physique exploitable par la partie commande. Grandeur physique à mesurer Acquérir une grandeur Grandeur codée Capteur de pression Codeur incrémental Capteurs d effort Détecteur inductif de présence Détecteur électromécanique de présence Unité de traitement : traite les informations provenant des capteurs et de l interface homme/machine pour générer les ordres de commande des préactionneurs et envoie des signaux à l interface homme/machine pour le dialogue avec l utilisateur. Image d une grandeur physique Image d une consigne Traiter des données Signaux vers IHM Ordres Automates programmables Micros contrôleurs Étude des systèmes - 7/7