Le contexte de l ingénierie système

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1 CPGE - PTSI - Ch. Coeffin Sciences Industrielles de l ingénieur Ressources Présentation des Sciences Industrielles de l Ingénieur en PTSI. La démarche ingénieur en Ingénierie Système. Fiches ressources. Les systèmes (1) actuels sont de plus en plus complexes (2) et pluri-technologiques (ou multi-physiques). Sur ce constat, les activités de sciences industrielles de l ingénieur en PTSI seront basées sur l apprentissage de la démarche ingénieur en s appuyant sur les concepts d Ingénierie Système (IS). (1) Un système est un assemblage, une collection organisée (possédant une structure) d objets en interaction (reliés ou branchés) de façon à former une entité remplissant une ou plusieurs fonctions identifiables extérieurement. Un système est un produit artificiel crée pour la prise en compte d un besoin exprimé. (2) Un système est dit complexe lorsque les relations liant les composants sont multiples, interdépendantes et bouclées. Le comportement global n est donc pas directement prévisible à partir des comportements élémentaires des composants. Le contexte de l ingénierie système Le Standish Group est une société basée à Boston (USA). Ce groupe de réflexion a été créé en 1985 dans le but de collecter des informations sur des «flops» technologiques sur la mise en place des systèmes afin de pouvoir donner des conseils adaptés aux entreprises pour qu elles ne commettent pas les mêmes erreurs. Succès et échecs des projets En terme de réussite : Seuls 16% des projets sont terminés dans le respect du cahier des charges et des délais. 31%, soit quasiment le tiers des projets, n aboutissent pas. Au niveau des dépassements de budget, 45% des projets ont un dépassement budgétaire de plus de 50% (dont 11% de plus de 200%, soit plus du triple du budget!) Au niveau des retards, 57% des projets ont un retard de plus de 50% (dont 10% de plus de 200%, soit une durée projet multipliée par 3!) Doc. Ressources - Présentation SII en PTSI.doc Page 1 sur 7

2 Problématique de l ingénierie système L ingénierie système (IS) est une démarche méthodologique pour maîtriser la conception des systèmes et produits complexes. On peut aussi la définir comme «une approche interdisciplinaire rassemblant tous les efforts techniques pour faire évoluer et vérifier un ensemble intégré de systèmes, de gens, de produits et de solutions de processus de manière équilibrée au fil du cycle de vie pour satisfaire aux besoins client». Les pratiques de cette démarche sont aujourd hui répertoriées dans des normes, réalisées à l'aide de méthodes et supportées par des outils, aujourd hui très généralement informatisés. Les origines de l ingénierie système datent des années 60 principalement au sein du département de la défense Américaine ou encore de la NASA afin de gérer des projets devenant de plus en plus complexes (programme Apollo par exemple). Concepts de l ingénierie système Doc. Ressources - Présentation SII en PTSI.doc Page 2 sur 7

3 La norme ISO étend les processus techniques à tout le cycle de vie du système (elle couvre ainsi les processus d exploitation, de maintien en condition opérationnelle et de retrait de service). La norme s applique aussi à l ingénierie des systèmes contributeurs qui ont leur propre cycle de vie (systèmes de fabrication, de déploiement, de soutien logistique, de retrait de service) : on peut par exemple se baser sur l ingénierie des systèmes de démantèlement et de traitements des déchets d une installation nucléaire. Système principal et systèmes «contributeurs» Doc. Ressources - Présentation SII en PTSI.doc Page 3 sur 7

4 La modélisation L ingénierie système est une démarche méthodologique générale qui englobe l ensemble des activités adéquates pour concevoir, faire évoluer et vérifier un système apportant une solution économique et performante aux besoins d un client tout en satisfaisant l ensemble des parties prenantes. La transformation d un besoin émergeant en la définition d un système lui apportant une solution met en oeuvre de multiples activités intellectuelles faisant passer progressivement de concepts abstraits à la définition rigoureuse de produits. Il est nécessaire de s appuyer sur des représentations tant du problème que de ses solutions possibles à différents niveaux d abstraction pour appréhender, conceptualiser, concevoir, estimer, simuler, valider, justifier des choix, communiquer. C est le rôle de la modélisation! Les métiers mis en oeuvre en IS ont, de tous temps, utilisé des modèles allant de représentations des plus concrètes, telles que les plans ou modèles réduits, aux plus abstraites, telles que les systèmes d équations. Les systèmes actuels sont de plus en plus intégrés et communicants! Ils offrent de plus en plus de fonctionnalités et la structuration classique est de moins en moins adaptée. La communauté de l IS a voulu définir un langage commun de modélisation pour les ingénieurs système, adapté à leur problématique, comme UML (3) l est devenu pour les informaticiens. Ce nouveau langage, nommé SysML (4), est fortement inspiré de la version 2 d UML, mais ajoute la possibilité de représenter les exigences du système, les éléments non-logiciels (mécanique, hydraulique, capteur ), les équations physiques, les flux continus (matière, énergie, informations) et les allocations. La version 1.0 du nouveau langage de modélisation SysML a été adoptée officiellement par l OMG (5) en septembre (3) UML : Unified Modeling Language (Langage de modélisation unifié). UML est un outil de conception utilisé principalement en informatique. (4) SysML : Systems Modeling Language (Langage de modélisation de systèmes) (5) OMG : Object Management Group. L OMG est un groupement d industriels dont l objectif est de standardiser autour des technologies objet, afin de garantir l interopérabilité des développements. SysML a été introduit en CPGE car il intègre à la fois, les exigences, la structure et le comportement d'un système par l'ensemble de ses 9 diagrammes. Mais ce n est qu un outil, et en aucun cas il ne peut se substituer à une méthode ou une démarche. Apprentissage de la démarche ingénieur en PTSI - PT Dans le cadre de la formation aux sciences industrielles de l ingénieur en CPGE, et en faisant abstraction des processus de maintenance et de retrait (voir processus de la norme ISO page 3/6), on peut conceptualiser l approche ingénierie système par le cycle en vé de la page suivante. Doc. Ressources - Présentation SII en PTSI.doc Page 4 sur 7

5 Dans la démarche proposée, une large part sera donc consacrée à l analyse des écarts entre le souhaité, le mesuré et le simulé, et éventuellement aux mesures à prendre pour réduire ces écarts. L-C S-L S-C Dans ce contexte, l enseignement des Sciences Industrielles de l Ingénieur a pour objectif de développer les compétences présentées ci-dessous : (*) (*) (*) Les compétences Concevoir et Expérimenter ne seront développées qu en 2 ème année (PT). Doc. Ressources - Présentation SII en PTSI.doc Page 5 sur 7

6 Cette organisation s appuie sur un volet modélisation important. Cette modélisation doit prendre en compte le triptyque Matière Energie Information (MEI). Pour mener à bien cette modélisation, il faut s appuyer aujourd hui sur des outils et des logiciels qui ont évolué. Les études de systèmes industriels traitées relèvent des grands domaines comme l énergie, l agroalimentaire, la santé, les bâtiments et travaux publics, l information et la communication, la production de biens et de services ou encore les transports. La stratégie pédagogique en S2I s articule ainsi autour du développement de compétences qui seront liées à des centres d intérêt distincts. La cohérence des centres d intérêt validés par l équipe pédagogique s inscrit d une part dans une démarche ingénieur et d autre part dans une approche système en fonction des moyens disponibles dans l établissement (systèmes pluritechniques, mécanismes et logiciels). Les Travaux Pratiques s inscriront dans la mesure du possible dans une démarche inductive; les activités de cours et de Travaux Dirigés permettront alors de formaliser et valider les connaissances et savoir-faire associées aux compétences à atteindre. Chaque centre d intérêt identifié par l équipe est abordé sous forme de cycle et sera associé à une (ou plusieurs) série(s) de Travaux pratiques. L objectif sera de valider suivant une démarche inductive ou déductive les activités de Travaux Pratiques par l acquisition de compétences et de connaissances associées. La mise en œuvre des séances de Travaux Pratiques est induite par l association Systèmes Centres d intérêt. Doc. Ressources - Présentation SII en PTSI.doc Page 6 sur 7

7 Les documents de cours et les ressources nécessaires au développement des différentes compétences seront organisés à partir des centres d intérêt définis ci-dessous : CI.1. Approche pluri-technologique des systèmes : - Analyse fonctionnelle, - Analyse structurelle, - Classification des systèmes - Outils de description et de modélisation, - Le langage SysML, - Transmetteurs de puissance, - Concepts de base de l électrocinétique, - Sources et circuits électriques, - Convertisseurs statiques, - Transmission de données. CI.2. La commande des systèmes linéaires continus et invariants : - Structure et modélisation des systèmes asservis, - Transformation de Laplace, - Comportement temporel des systèmes asservis, - Modélisation multi-physique, simulation du comportement des SLCI, - Performances d un système asservi, - Analyse fréquentielle des SLCI. CI.3. La commande des systèmes logiques et des systèmes à évènements discrets (SED) : - Systèmes logiques, - Systèmes à évènements discrets (SED), - Structure algorithmique. CI.4. Mobilités et contraintes des chaînes fonctionnelles - Cinématique du solide indéformable : - Outils mathématiques et concepts utilisés en cinématique, - Champs de vecteurs vitesse et accélération Torseurs cinématique, - Mouvements particuliers Résolution graphique, - Modélisation cinématique et géométrique des liaisons, - Chaînes de solide Comportement cinématique. CI.5. Mobilités et contraintes des chaînes fonctionnelles - Statique des solides : - Modélisation des actions mécaniques, - Principe fondamental de la statique. CI.6. Conception et réalisation des produits : - Outils de représentation des pièces et mécanismes, - Prise en main d un modeleur volumique (SolidWorks) - Eléments normalisés de visserie, - Spécifications géométriques et dimensionnelles (concept GPS), - Procédés d obtention des pièces brutes, - Procédés d obtention des surfaces par enlèvement de matière. Parmi les outils de modélisation et de simulation numérique qui seront utilisés en PTSI, on retiendra plus particulièrement : - MagicDraw (modélisation SysML), - SolidWorks et Méca3D (représentation des pièces et mécanismes, analyse cinématique et statique, simulation), - Scilab-Xcos (modélisation multi-physique et simulation), - SolidWorks et EfiCN (étude de fabrication, simulation). Doc. Ressources - Présentation SII en PTSI.doc Page 7 sur 7