PTSI PT ÉTUDE DES SYSTEMES

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2 Table des matières 1 - PRESENTATION GENERALE Définition d'un système Exemples Cycle de vie d'un système Langage de description SysML ANALYSE FONCTIONNELLE DU BESOIN PRESENTATION DU SYSTEME BESOIN DU CLIENT ANALYSE DU BESOIN Diagramme des cas d utilisation... 4 Remarque : par extension, on définit le diagramme de contexte (non normalisé). Le but est alors d énumérer les différents acteurs qui interagissent avec le système, sans détailler les cas d utilisation Diagramme des exigences Diagramme de séquence Diagramme de définition de blocs Diagramme de blocs internes Diagramme d états Diagramme d activités Diagramme paramétrique CHAINE D INFORMATION ET D ENERGIE STRUCTURE MATERIELLE D UN SYSTEME STRUCTURE FONCTIONNELLE DES SYSTEMES PTSI-PT Avignon

3 1 - Présentation générale Définition d'un système Système : Association de sous-systèmes 1 constituant un tout organique complexe destiné à remplir une fonction générale. (NFE ) C'est un ensemble d'éléments matériels (appareil électroménager, automobile, machines-outils, ordinateur, centrale nucléaire,... ) et/ou humains (opérateur, pilote, conducteur, équipe,... ) organisé en fonction d'un but à atteindre. Il s'agit d'un ensemble identifiable assurant une fonction globale et doté d'une structure qui évolue dans le temps et dans un environnement pour une finalité. Il est important de bien identifier les éléments qui constituent le système. On définit alors la frontière du système Exemples Dans le laboratoire : - chariot filoguidé, direction assistée Diravi, ouvre portail, capsuleuse... A l'extérieur du laboratoire : - Lave-linge, chaîne Hifi, voiture plus conducteur, centrale hydroélectrique, distributeur de timbres poste Cycle de vie d'un système Analyse des besoins Exploitation, conduite et maintenance Cahier des charges Réception Mise au rebut Conception du système Intégration du système Modifications ou adaptations Réalisation des éléments 1 Sous-système : association de composants destinée à remplir une ou plusieurs fonction(s) opérationnelle(s) au sein d'un système. (Norme X60-012) Composant : élément ou ensemble destiné à remplir une fonction particulière dans un sous-système ou système. page 1

4 Dans le domaine industriel en particulier, chaque étape de la vie d'un système automatisé fait intervenir des équipes différentes qui doivent concourir à la réalisation d'un ensemble de qualité répondant au besoin. Besoin : Sentiment d'insatisfaction né de la nature ou de la vie sociale. Les échanges entre les différents acteurs impliquent des modèles de représentation compréhensibles. Parmi les descriptions existantes, nous allons utiliser le langage SysML. 1.4 Langage de description SysML Le langage SysML (System Modeling Langage) a pour objectif de formaliser de manière graphique les spécifications associées à un système technique complexe. Ce langage est dérivé du langage informatique UML (Unified Modeling Langage) standardisé par l association OMG (Object Management Group). Il permet, entre autres, de spécifier, concevoir, définir et analyser la structure d un système, identifier les performances, les limites, l environnement et les relations avec l extérieur. Ces étapes constituent les phases de conception d un produit industriel. Durant cette phase de conception, trois points de vue sont abordés et décris par 9 diagrammes dans le langage SysML : - les exigences auxquelles doit répondre le système pour fonctionner selon les attentes des parties prenantes sont décrites dans le diagramme d exigences ; - le comportement attendu du système, exprimé en terme de fonction ou de d évolution temporelle, peut-être décrit par quatre diagrammes comportementaux ; - la structure matérielle du système et les échanges de matière, énergie, information au sein du système sont décrits par quatre diagrammes structurels. Le diagramme paramétrique n est pas au programme. page 2

5 2 Diagrammes SysML 2.1. Présentation du cas d étude Afin de réaliser des prises de vue aériennes en haute définition lors de la réalisation de reportages ou de films, des drones sont fréquemment utilisés. Ces appareils sont loués par la production à des entreprises spécialisées qui fournissent, outre le matériel, un pilote maîtrisant parfaitement le vol de son engin et pouvant donc répondre à toutes les demandes du réalisateur et de son chef opérateur, le tout pour un prix très raisonnable par rapport aux solutions classiques utilisant des avions ou des hélicoptères : on passe en effet d un prix horaire d au moins HT pour un avion ou un hélicoptère à un prix journalier de à HT selon les prestations attendues pour le drone. Vous trouverez une vidéo de démonstration ici : 2.2 Besoin du client Le besoin du client peut être résumé dans le tableau ci-dessous. Ce tableau forme alors le Cahier des Charges Fonctionnel (CdCF), il fait office de contrat entre le client et le concepteur. Fonction Critère Niveau Flexibilité Assurer la qualité des images Temps de visée d une cible sans bouger Vitesse de déplacement maximale 5s 1 m/s mini +/- 0,2 m/s Permettre de couvrir la zone de prise de vue Taille de la zone Altitude maxi de vol Durée de vol 300m x 300m 60m 8h mini mini S adapter à la caméra Fixation universelle Capacité de charge 1 kg mini Assurer le retour d image au sol Délai Résolution mini 854x480 Résister à l environnement Déplacement admissible suite à un 0,5 cm et 1,5 maxi vent de 20 km/h dans chaque direction Être économe Prix pour la mission (1 jour) 4000 maxi page 3

6 2.3 Analyse du besoin Pour présenter l utilisation des différents diagrammes SysML, nous allons nous placer dans la peau d une entreprise cherchant à remporter l appel d offre placé par le client en développant un nouveau drone. Il faut donc en premier lieu analyser l impact sur la conception du système de chaque revendication du client Diagramme des cas d utilisation Le diagramme des cas d utilisation est un diagramme comportemental, appelé Use Case Diagram (uc ou ucd) dans le langage SysML. L objectif de ce diagramme est de montrer les fonctionnalités offertes par un système en identifiant les services qu il rend : il permet donc de modéliser les exigences selon un point de vue complémentaire à celui exposé par le diagramme des exigences. L énoncé d un cas d utilisation doit se faire hors technologie, puisque il est défini en termes de résultats attendus. Cartouche Acteurs en relation avec le système Frontière système du Cas d utilisation Remarque : par extension, on définit le diagramme de contexte (non normalisé). Le but est alors d énumérer les différents acteurs qui interagissent avec le système, sans détailler les cas d utilisation Diagramme des exigences L objectif du diagramme des exigences, appelé Requirement Diagram (req), est de modéliser les exigences devant être vérifiées par le système en liant les solutions mises en œuvre sur le système avec les besoins définis dans le cahier des charges. Ce diagramme traduit, par des fonctionnalités ou des contraintes, ce qui doit être satisfait par le système. De nombreux domaines peuvent être couverts, les plus classiques étant les exigences fonctionnelles ou techniques, environnementales et économiques. page 4

7 Les liens entre les différentes exigences expriment les relations suivantes : Contenance : décomposition en plusieurs exigences de niveau hiérarchique inférieur. Association : relie des éléments de même niveau hiérarchique. Désigne l inclusion associée au mot clé «include», «extend» pour l extension, «refine» pour le raffinement et «DeriveReq» pour la dérivation. Composition : un élément est structurellement indispensable à l autre. Agrégation : indique généralement que le composant est optionnel. Remarque : on retrouvera ces différents symboles dans les autres diagrammes pour exprimer les liens entre blocs Diagramme de séquence Le diagramme de séquence est un diagramme comportemental appelé Sequence Diagram (seq) dans le langage SysML. L objectif de ce diagramme est de décrire les interactions existant entre plusieurs entités, celles-ci pouvant être des acteurs, le système ou ses sous-systèmes. Le diagramme ne montre donc que l enchaînement séquentiel des différentes interactions. Un diagramme de séquence est rattaché à un cas d utilisation et décrit ce dernier en entier ou en partie, ce qui correspond à un scénario de fonctionnement possible, défini dans un cadre précis : fonctionnement normal, initialisation, gestion des problèmes. page 5

8 2.3.4 Diagramme de définition de blocs Le diagramme de définition de blocs est un diagramme structurel appelé Block Definition Diagram (bdd) dans le langage SysML. L objectif de ce diagramme est de décrire le système via des blocs (blocks dans le langage SysML) représentant des éléments matériels (cas le plus fréquent) mais également des entités abstraites (regroupement logique d éléments) ou des logiciels. Ce diagramme représente les caractéristiques principales de chaque bloc ainsi que les liens entre eux : il permet donc une modélisation de l architecture du système. page 6

9 multiplicité Remarque : Lorsque cela est pertinent, il est possible de détailler beaucoup plus chaque bloc. On peut faire apparaître les éléments constituants (parts), les propriétés (properties), des caractéristiques physiques (values), et des équations comportementales (constraints) Diagramme de blocs internes Le diagramme de blocs internes est un diagramme structurel appelé Internal Block Diagram (ibd) dans le langage SysML. Le diagramme de blocs internes est rattaché à un bloc issu du diagramme de définition de blocs, le cadre du diagramme représentant la frontière d un bloc. Le diagramme de définition de blocs introduit la notion fondamentale de «port» qui correspond à un point d interaction avec l extérieur du bloc. Les connecteurs (traits) entre les ports indiquent soit les associations soit les flux de matière, d énergie et d information entre les différents blocs. La représentation graphique des ports est un carré placé sur le contour du bloc : - Les ports de flux indiquent les échanges de matière, d énergie et d information entre blocs : ce type de port contient une flèche dont le sens (entrante, sortante ou bidirectionnelle) indique celui du flux. - Les ports standards indiquent la logique de commande et les interfaces d un bloc : ce type de port est rarement utilisé en SI. page 7

10 Symbole indiquant une liaison à distance Diagramme d états Le diagramme d états est un diagramme comportemental appelé State Machine Diagram (stm) dans le langage SysML. Le diagramme d états est rattaché à un bloc qui peut être le système, un sous-système ou un composant. Le comportement décrit par ce type de diagramme sert à montrer les différents états pris par le bloc en fonction des évènements qui lui arrivent. Un état représente une situation d une durée finie durant laquelle un système exécute une activité, satisfait à une certaine condition ou bien est en attente d un événement. Le passage d un état à un autre se fait en franchissant une transition. Commentaire Dans ce diagramme, il est possible de rajouter des événements internes qui permettent de montrer la réponse à un événement mais sans changer d état. Les événements entry, do et exit indiquent ce qu il se passe à l entrée dans l état (mot clé entry), pendant l état (mot clé do) et à la sortie de l état (mot clé exit) Diagramme d activités Le diagramme d activités est un diagramme comportemental appelé Activity Diagram (act) dans le langage SysML. Ce diagramme permet de représenter le déroulement d un processus sous la forme d une activité correspondant à une décomposition séquentielle d actions, aussi appelées tâches. page 8

11 Malgré leurs formes proches, il y a deux différences essentielles avec le diagramme d états. - Dans le diagramme d activité, lorsqu une tâche est terminée, la suivante commence. Il n y a pas de notion de transition et d évènement. - Le diagramme d activité est utile pour représenter un algorigramme, qui implique généralement plusieurs blocs (sous-systèmes). Le diagramme d état est quant à lui restreint à la description du comportement d un seul bloc. Les diagrammes stm et act seront revus en détail dans le chapitre d automatique séquentielle Diagramme paramétrique Le diagramme paramétrique est un diagramme structurel appelé Parametric Diagram (par) dans le langage SysML. Il présente la particularité de pouvoir connecter entre elles des contraintes ajoutées au diagramme de blocs par le biais d un bloc particulier, dit «de contraintes» (constraint block) qui contient des paramètres et une relation, en général mathématique, les reliant. page 9

12 3 Chaine d information et d énergie 3.1 Structure matérielle d un système automatisé D une manière générale, un système automatisé est composé d'une partie opérative (PO) et d'une partie commande (PC) en interrelations ; l'ensemble étant lui-même en communication avec l opérateur par le biais du pupitre. Matière d'œuvre à l'état initial Consignes Pupitre ou autre parties commandes Messages - visualisations PARTIE COMMANDE Ordres Comptesrendus PARTIE OPERATIVE Frontière d'isolement du système Matière d'œuvre + valeur ajoutée Partie opérative PO / Chaine d énergie C'est l'ensemble des constituants qui permettent de réaliser les actions physiques nécessaires pour accomplir la fonction globale du système en agissant sur la matière d œuvre. Elle communique également des comptes-rendus à la partie commande. Caractérisée par le niveau d énergie élevé qui la traverse, la partie opérative réalise les fonctions de la chaine d énergie. Partie commande PC / Chaine d Information C'est l'ensemble des moyens de traitement de l'information qui génèrent les ordres à la partie opérative. Le niveau d énergie la traversant est suffisant pour transmettre et gérer l information, on parle donc de chaine d information. Pupitre Il permet la communication entre la PC et l opérateur. Il est essentiellement constitué de boutons, interrupteurs, clavier, voyants, signaux sonores et écrans. page 10

13 3.2 - Structure fonctionnelle des systèmes Chacune des chaînes citées précédemment peut être décomposée en un nombre limité de fonctions techniques principales. La chaîne d'information Elle permet : - d'acquérir des informations : - sur l'état de la partie opérative par le biais des capteurs ; - issues d'interfaces homme/machine (IHM) à travers le pupitre ; - sur un processus géré par d'autres systèmes (bases de données, partage de ressources,... ) ; - Si nécessaire, de coder l information généralement par un CAN ; - de traiter ces informations. C'est l'organe de commande (automate, PC, ) ; - de communiquer les ordres générées à la chaîne d'énergie (fil, ethernet, wifi, ) ; - de restituer des messages à l opérateur par l IHM ; La chaîne d'énergie Elle permet : - d'alimenter en énergie le système à partir d'une source d'énergie ; - de distribuer cette énergie à partir d'ordres provenant de la chaîne d'information. C'est le pré actionneur ; - de convertir cette énergie en énergie utilisable. C'est l'actionneur ; - Ces éléments et leurs interactions sont représentés sur la figure page suivante. Remarque : On peut également représenter ces échanges d énergie et d information par un diagramme SysML ibd. page 11

14 page 12

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